西门子CP340串行通信主站的软件实现

张 锋

（保定莱特整流器股份有限公司，河北 保定 071051）

Modbus 是一种主/从串行通信协议，可分为Modbus RTU 与Modbus ASCII 两种模式。这里仅有一台设备（主机）可以请求数据交换（叫做“查询”），而其他设备（从机）以向主机提供数据或执行主机的查询命令的方式对主机作出响应。Modbus协议定义了查询消息的格式以及从机响应的格式，主机查询消息包括地址、功能码、数据以及CRC 校验，从机响应消息包括地址、功能码、数据以及CRC校验。如果从机在接受消息时出错或是从机不能执行接收的命令，他将生成一个错误信息并作为响应发给主机。主从查询响应如图1所示。

图1 主从查询响应周期

设备地址在通信帧的开始部分，由8 位组成，有效的从机设备地址范围0～247（十进制），各从机地址的寻址范围为1～247；信息帧功能码告诉被寻址到的终端执行何种功能。有效码范围为1～255（十进制），有关常用功能码的内容见图2；数据域包含了终端需要的数据或者响应查询时采集到的数据；错误校验域是为了提高系统的安全性和效率，出错校验采用了16 位循环冗余的方法，即CRC 校验，CRC 域在信息帧的最后。

图2 常用功能码

1 PLC 硬件组态软件配置

1.1 硬件组态

使用STEP7 V5.5版本（其他版本也可），双击SIMATIC管理器图标进入SIMATIC管理器，弹出新项目对话框，输入名称，单击“完成”按钮。项目建立完成后，鼠标单击SIMATIC管理器左侧的项目名称，选择“插入新对象”选择“SIMATIC S7-300站”，将此项目下插入一个S7-300站。

图3 新建300 站点

选中插入的站，SIMATIC 管理器右侧将出现“硬件”文件，双击或用鼠标右键选择“打开对象”将打开“硬件组态编辑器”，如图4在右侧硬件库中依次选择机架RAIL，机架的1 槽放入电源模块，2 槽放置CPU 315-2DP，3 槽被CPU 占用，4槽放置CP340 RS422/485 通信模块。

图4 硬件配置组态

1.2 CP340 配置参数

双击CP340所在的槽位，会弹出如图5所示的对话框，左键点击“参数”按钮，配置模块。左键双击protocol，如图6，ASCII 选项卡下面部分设置模块通信参数波特率9600，数据位8，停止位1，无校验位；对话框最后一个选项通信线路电气接口特性（如图7），选择RS485两线半双工通信。设置完毕点击确定。在硬件组态界面，点击保存和编译。下载组态到PLC。

图5 CP340 模块属性

1.3 软件程序编写

新建FB100 程序块，为了方便编写程序实现功能，使用STL 语言，编写通信程序，在接口部分建立数据对象，包括但不限于使能位、从机地址、功能码、参考地址、数据数量、数据映像区，故障位、故障代码、超时连接时间（如图8）。然后建立FB程序块的背景数据块DB100。

图6 Protocol 配置ASCII

图7 Protocol 配置Interface

图8 数据对象

建立好数据对象后，新建程序段1，主站要对进行从站通信的各站进行初始化，发收信息命令，使用STL 编写。

QDFS 位控制西门子PLC 自带发送程序块FB2发送数据。QDJS 控制FB3 接收数据；接收段程序同样检测从机站号、功能码、数据和校验码；校验采用CRC16 校验方式。

2 软件流程图

主程序设计流程图如图10 所示。

3 通信测试

图9 发送数据程序代码

图10 主程序流程图

使用Modsim32 调试软件，连接串口转485，485线双线连接CP340 模块通信端口，在软件中新建仿真文件1，connection 选择计算机中对应端口，建立通信，device ID 设置从机站号，起始地址以及数据 长度。指示灯闪烁正常。在PLC 程序中新建程序块FC10，以及通信测试数据块DB10 进行数据测试。在仿真文件寄存器 40001-40010 中写入数据，在DB10.DBW0-DB10.DBW18 地址中可以收到仿真文件中写入的数据；主站读从站数据正常；在DB20.DBW0-DB10.DBW38 中强制写入数据，从仿真文件寄存器40011-40020 中可以收到主站发送数据；测试结果正常（图11）。

图11 仿真文件

4 结论

本文在Modbus协议的规则基础上，运用西门子PLC软件，使用STL语言编写适用于CP340模块的Modbus主站通信程序，通过调试实现Modbus通信协议的主站功能。运用主机轮询机制，保证每一个从设备的信息能够及时的发送到主站进行分析处理。省去了昂贵CP341+DOUGLE费用，程序编写灵活，重复利用率高，可在工程中广阔应用。

[1] 廖常初.S7-300/400 PLC 应用技术.[M].北京:机械工业出版社,2005.

[2] 边春元,任双燕,满永奎,等.S7-300/400 PLC 实用开发指南[M].北京:机械工业出版社，2007.

[3] Siemens AG.S7-300 CP340 的PtP 耦合与组态 设备手册 [Z].2007.20-26,200-203.

[4] MODICON,Inc.,Industrial Automation Systems.Modicon Modbus Protocol Reference Guide [Z].1996.http://www.modbus.org/docs/PI_MBUS_300.pdf.