西门子s7-1200 PLC与s7-200 SMART PLC 基于Modbus RTU主从轮询的通信
一、引言
在应用西门子中小型PLC进行通信的时候，尽管西门子目前主推的PLC比如s7-200 Smart、S7-1200系列PLC CPU都自带有网口，可以非常方便的进行以太网组网，但一些特殊场合，还是需要采用串口通信。
二、Modbus RTU通信
Modbus协议是一个标准、开放、免费的协议，支持RS232、RS485电气接口类型。在Modbus网络中，只能有一个主站，其他为从站；传输方式有ASCII、RTU和TCP，其中Modbus RTU是最常用的Modbus通信协议。
2.1 配置西门子S7-1200 PLC为Modbus RTU主站
2.1.1 硬件组态
西门子s7-1200系列PLC，比如CPU型号为CPU1214C DC/DC/DC，自带一个网口，如果需要应用串口通信，则必须新增串行通信模块，比如支持RS422/RS485通信的模块CM1241。
如图1所示，在博途V13软件中配置PLC的硬件组态，CPU位于插槽1，左侧101插槽添加通信模块CM1241，右侧2号及往后插槽配置信号模块SM。在通信模块的硬件属性页中，可以查看接口的端口组态，尤其注意“操作模式”为“半双工”，以及波特率、奇偶校验、数据位和停止位。
2.1.2 通信编程
下载硬件组态，确保硬件配置无错误，再编写通信程序。将s7-1200 PLC配置为Modbus RTU主站，需要在程序中调用MB_COMM_LOAD和MB_MASTER指令。
值得注意的是，Modbus RTU通信端口初始化指令MB_COMM_LOAD只能上电调用一次，为此需要用到系统“FirstScan”位使能和触发指令，这个位可在CPU属性页的“系统和时钟存储器”中启用和设置。
MB_COMM_LOAD指令各管脚的定义，可按F1获取帮助信息，其中BAUD、PARITY的值必须与图1所示的通信模块CM1241组态的通信参数一致。MB_DB为主站数据块，决定了PLC是作为主站还是从站。如图2。
然后如图3，调用通信主站指令MB_MASTER（其实是一个FB块），其背景数据块MB_MASTER_DB（BD7）必须与图2端口初始化指令的MB_DB设置相同。
REQ为上升沿触发通信，MB_ADDR为从站地址，MODE为读写模式（0=读，1=写），DATA_ADDR为Modbus地址，DATA_LEN为数据长度，DATA_PTR为数据接收区（注意为指针类型指向一片数据区，用来收发数据），具体定义可按F1获取帮助信息。
主站通信程序编程比较复杂，需要编写读、写并定义读写数据接收区。且图1配置的通信模块的操作模式为半双工，只能单个子站读或写，这意味着同一时刻主站通信块指令MB_MASTER只能执行一次。实际工程应用中，如果只有一个子站，则读、写轮询；如果有多个子站，则需要子站间轮询，再读写轮询；如此形成一个轮询链。
2.1.3 轮询通信的说明
以某项目为例，19个子站需要编写38条MB_MASTER指令，上一个子站的写完成标志位（或错误标志位），触发本子站读指令；而本子站读完成标志（或错误标志），触发本子站写指令；进而本子站写完成标志位（或错误标志位），触发下一个子站读指令。首尾相连，形成闭环，不断轮询。
如果有子站通信错误或丢失，则会影响其他子站通信的实时响应。可在图2的MB_COMM_LOAD的RESP_TO（响应超时）设置响应等待时间，默认值为1000毫秒，可设置为100毫秒，太小会出现子站超时误判断，太大的话，如果有子站掉线，则会严重影响其他子站的数据刷新。
2.1.4 数据接收区的说明
定义的数据接收区DB3（Modbus_RTU_DB），常规设置页面的属性中，应取消勾选“优化的块访问”（即s7-1200的符号访问），修改之后兼容s7-300/400数据块按地址偏移量访问的方式。如图5所示。
数据块DB3修改属性之后，就可以按绝对地址寻址。打开数据块DB3，在列头右键，勾选“显示隐藏”>“偏移量”，如图6。
如图7所示，在数据块的属性中取消勾选“优化的块访问”，就可以查看数据块内每个数据存储区的偏移地址了。
因为Modbus RTU通信设置的数据接收区，是按数据块的偏移量，也就是绝对地址寻址的，所以将数据块设置为DATA_PTR接收区的同时必须修改块的访问方式；否则，通信报错。
2.2 配置西门子S7-200 SMART PLC为Modbus RTU从站
Modbus RTU从站设置相对要简单一些，只需要调用MBUS_INIT和MBUS_SLAVE指令。由于S7-200 SMART PLC自带串口，无需令加模块，设置也简单。
注意，如图8所示，MBUS_INI指令输入HoldStart为V存储器中保持寄存器的起始地址，如果设置为&VB1000，则建立了VB1000与Modbus寄存器[40001]的联系，即VB1000+VB1001=VW1000=Modbus[40001]。
可以将一些需要通信的数据转移到VB1000开始的数据区内，传给Modbus主站，也可以接收主站发送过来的数据。
2.3 主从站通信测试
至此，已经完成了主从站之间的通信设置和编程，接下来就可以连接通信口开始数据包的测试了。
子站从VB1000开始发送数据至Modbus[40001]开始的寄存器内，主站从Modbus[40001]开始的寄存器内读取数据，转存至DB3数据块内。如图10、11所示：3号子站VD1008，对应DB3.DBD168，经测试，通信正常。
三、总结
西门子PLC的通信设置较为复杂，尤其是非网口非以太网通信，需要调用通信指令，定义通信模式，设置通信参数和数据收发区。对于小型PLC s7-200，或s7-200 SMART，由于自带串口，采用Modbus RTU通信较为经济、便捷。
而对于中小型PLC s7-1200，由于CPU自带网口，没有串口，如非必须，建议采用Modbus TCP通信方式，经网口与上位机或其他设备交互数据，特殊场合采取Modbus RTU通信协议通信，需要增加通信模块。
