S7－PLC基于Modbus／TCP協(xié)議通信研究

袁文波，洪 波，尤萬方，殷召生，蔣 彥，溫 柳

（1.國網(wǎng)電力科學(xué)研究院 南京南瑞集團公司水利水電技術(shù)分公司，江蘇 南京210003；2.安徽電力涇縣供電有限責(zé)任公司，安徽 涇縣242500）

0 引 言

S7－PLC作為現(xiàn)地控制核心廣泛應(yīng)用于自動化控制領(lǐng)域，但S7－PLC 目前沒有公開的以太網(wǎng)通訊標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議［1］。Modbus／TCP協(xié)議作為一種工業(yè)以太網(wǎng)通信標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動化控制領(lǐng)域。與S7－PLC相比，國內(nèi)外眾多中大型PLC都支持Modbus／TCP通信協(xié)議，用戶不需要編寫Modbus／TCP應(yīng)用層程序，就可直接使用，諸如國外Schneider公司推出的Quantum、Premium 系列PLC和國內(nèi)南瑞集團公司推出的MB40、MB80 系列iPLC （智能可編程控制器）等，目前S7－PLC需要用戶購買昂貴的軟件包方可實現(xiàn)Modbus／TCP 通 信，而 不 能 直 接 實 現(xiàn)［2，3］，這 樣 既不利于Modbus／TCP通信在S7－PLC上應(yīng)用，也不利于S7－PLC在自動化控制領(lǐng)域朝數(shù)字化、信息化、網(wǎng)絡(luò)化和標(biāo)準(zhǔn)化方向發(fā)展趨勢下應(yīng)用，因此在S7－PLC支持TCP／IP協(xié)議基礎(chǔ)上 設(shè) 計Modbus／TCP 應(yīng) 用 層 程 序 實 現(xiàn) 在S7－PLC 上Modbus／TCP通信應(yīng)用尤為重要。筆者通過Modbus／TCP應(yīng)用層程序開發(fā)以及組態(tài)配置實現(xiàn)上位機與S7－PLC 基于Modbus／TCP協(xié)議通信。

1 通信的可行性

1.1 Modbus／TCP協(xié)議［4－8］

Modbus／TCP協(xié)議是運行在TCP／IP上的Modbus報文傳輸協(xié)議，使用TCP／IP以太網(wǎng)的5層，協(xié)議數(shù)據(jù)格式為每個8Bit字節(jié)包含兩個4Bit的十六進制字符，與Modbus－RTU 協(xié)議相同。其應(yīng)用數(shù)據(jù)單元 （ADU）包含報文頭、功能代碼和數(shù)據(jù)3部分，功能代碼和數(shù)據(jù)構(gòu)成協(xié)議數(shù)據(jù)單元（PDU），報文頭 （MBAP）由事務(wù)處理標(biāo)識符 （2 字節(jié)）、協(xié)議標(biāo)識符 （2字節(jié)）、長度 （2字節(jié)，余下域字節(jié)的數(shù)量，包含單元標(biāo)識符和協(xié)議數(shù)據(jù)單元在內(nèi)）、單元標(biāo)識符 （1字節(jié)）組成。Modbus／TCP數(shù)據(jù)幀是基于Modbus－RTU 數(shù)據(jù)幀，幀頭添加事務(wù)元標(biāo)識符、協(xié)議標(biāo)識符、長度等6字節(jié)，幀尾去除容錯校驗碼，用報頭中的單元標(biāo)識符取代Modbus－RTU 上通常使用的從站地址，Modbus／TCP在應(yīng)用層不需要校驗域，而是利用TCP層、IP 層和以太網(wǎng)鏈路層差錯校驗碼的使用校驗和機制來校驗分組交換的準(zhǔn)確性。該協(xié)議采用請求和響應(yīng)機制：客戶機向服務(wù)器發(fā)送請求，分析處理請求，向客戶機發(fā)送應(yīng)答。其數(shù)據(jù)幀封裝過程為［9］：用戶數(shù)據(jù)首先在應(yīng)用層按照Modbus應(yīng)用層規(guī)范進行封裝，生成相應(yīng)的請求或應(yīng)答應(yīng)用數(shù)據(jù)單元 （ADU），該ADU 按照RFC1042規(guī)范映射到TCP／IP協(xié)議棧的各層進行數(shù)據(jù)封裝。Modbus／TCP數(shù)據(jù)幀拆解過程與封裝過程相反。

1.2 S7－PLC通信和編程資源［10，11］

S7－PLC支持通過內(nèi)部總線進行CPU 模件和以太網(wǎng)模件數(shù)據(jù)交換，以太網(wǎng)模件支持TCP／IP協(xié)議，S7－PLC 可通過以太網(wǎng)模件與上位機實現(xiàn)通信連接。S7－PLC 軟件平臺STEP7 軟件配備了結(jié)構(gòu)化語言SCL，是西門子公司依據(jù)IEC61131－3標(biāo)準(zhǔn)創(chuàng)立的一種高等編程語言，它與編程語言Pascal類似，它能實現(xiàn)龐雜的數(shù)學(xué)運算、復(fù)雜算法優(yōu)化和批量數(shù)據(jù)處理，編寫的程序非常簡練和緊湊。S7－PLC 循環(huán)執(zhí)行的主程序組織塊OB1可以直接或者間接地調(diào)用相應(yīng)的FB、FC、SFB、SFC 實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、過程監(jiān)測、控制調(diào)節(jié)以及通信功能。FC、FB 是用戶程序，可以編程使用，F(xiàn)B有其專用的背景數(shù)據(jù)塊，F(xiàn)B可以有多個背景數(shù)據(jù)塊實現(xiàn)不同對象的同一功能，SFB、SFC 是系統(tǒng)程序，可以被調(diào)用。SFC59 （RD＿REC）為CPU 模件通過內(nèi)部總線接收數(shù)據(jù)的系統(tǒng)功能，SFC58 （WR＿REC）為CPU 模件通過內(nèi)部總線發(fā)送數(shù)據(jù)的系統(tǒng)功能。

1.3 設(shè)計模型

Modbus／TCP協(xié)議首先需要在上位機和S7－PLC建立可靠的連接，然后保證數(shù)據(jù)可靠并且按順序到達傳輸。S7－PLC基于Modbus／TCP協(xié)議應(yīng)用模型見表1，利用該模型可將S7－PLC作為Modbus／TCP 協(xié)議的服務(wù)器，與監(jiān)控系統(tǒng)中上位機實現(xiàn)Modbus／TCP通信。

通信過程為：①S7－PLC中以太網(wǎng)模件通過TCP／IP通信獲取上位機發(fā)送的Modbus／TCP協(xié)議IEEE802.3以太網(wǎng)報文，以太網(wǎng)模件TCP／IP 協(xié)議棧從以太網(wǎng)物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、IP層和TCP層逐層拆解以太網(wǎng)報文；②通信程序調(diào)用SFC59 （RD＿REC），通過內(nèi)部總線從以太網(wǎng)模件獲取請求應(yīng)用數(shù)據(jù)幀；③通信程序?qū)?yīng)用數(shù)據(jù)幀拆分成MBAP

表1 S7－PLC基于Modbus／TCP協(xié)議通信模型

報頭和協(xié)議數(shù)據(jù)單元，并對MBAP報頭和協(xié)議數(shù)據(jù)單元細分，對協(xié)議數(shù)據(jù)單元中功能碼和數(shù)據(jù)分析，進行相應(yīng)讀寫操作；④通信程序?qū)⑸纤蛿?shù)據(jù)和功能碼封裝在應(yīng)答的協(xié)議數(shù)據(jù)單元，再按協(xié)議規(guī)范封裝MBAP 報頭，構(gòu)成Modbus／TCP應(yīng)用數(shù)據(jù)單元；⑤通信程序調(diào)用SFC58（WR＿REC），通過內(nèi)部總線將應(yīng)答的應(yīng)用數(shù)據(jù)單元寫入以太網(wǎng)模件；⑥以太網(wǎng)模件TCP／IP 協(xié)議棧將應(yīng)用數(shù)據(jù)單元在TCP 層、IP層、數(shù)據(jù)鏈路層和以太網(wǎng)物理層逐層封裝，構(gòu)成完整的IEEE802.3以太網(wǎng)報文［12］，最終通過TCP／IP通信將Modbus／TCP應(yīng)用數(shù)據(jù)單元封裝在內(nèi)的應(yīng)答以太網(wǎng)報文發(fā)送至上位機。過程①和⑥需要通過硬件組態(tài)和網(wǎng)絡(luò)配置，由以太網(wǎng)模件自動完成，其他過程則通過編寫應(yīng)用層通信程序FB實現(xiàn)，設(shè)計應(yīng)用層用戶通信程序也是本文研究重點。

2 請求和應(yīng)答數(shù)據(jù)幀解析

S7－PLC作為服務(wù)器與作為客戶機的上位機基于請求／響應(yīng)機制進行Modbus／TCP 通信。本文S7－PLC 的Modbus／TCP通信功能碼有8種，功能碼和功能作用見表2。

表2 功能碼和功能作用

上位機向S7－PLC 發(fā)送請求，S7－PLC 分析請求，處理請求，向客戶機發(fā)送應(yīng)答。當(dāng)S7－PLC對上位機響應(yīng)時，它使用功能碼來指示正常 （無差錯）響應(yīng)或者出現(xiàn)某種差錯（稱為異常響應(yīng)）。對于一個正常響應(yīng)來說，S7－PLC僅復(fù)制原始功能碼。對于異常響應(yīng)，S7－PLC將原始功能碼加0x80（即其字節(jié)的最高有效位設(shè)置邏輯1）后返回。

請求報文用RQ 數(shù)組表示，正常響應(yīng)的應(yīng)答報文用SN數(shù)組表示，異常響應(yīng)的應(yīng)答報文用EX 數(shù)組表示，數(shù)組單位均為字節(jié)。各數(shù)組的第1、2個單元分別存貯事務(wù)元標(biāo)識符的高、低字節(jié)，各數(shù)組的第3、4個單元分別存貯協(xié)議標(biāo)識符的高、低字節(jié)。各數(shù)組的第7個單元存貯單元標(biāo)識符SID。各數(shù)組的第5、6個單元分別存貯長度的高、低字節(jié)，因為長度為余下域的字節(jié)數(shù)，小于256，RQ ［4］、SN［4］、EX ［4］為0，事務(wù)元標(biāo)識符和協(xié)議標(biāo)識符的值均為0，請求報文、正常響應(yīng)報文、異常響應(yīng)報文中前5字節(jié)值均為0，即RQ ［0］… RQ ［4］、SN ［0］… SN ［4］、EX［0］… EX ［4］＝0x00。分3種類型深入解析8種功能請求報文和正常應(yīng)答報文，并對異常響應(yīng)的應(yīng)答報文解析。

（1）對于讀取數(shù)據(jù)功能報文，即功能碼FNC 為0x01、0x02、0x03或0x04，請求報文的幀長度為12 個字節(jié)，其余下域的字節(jié)數(shù)為6 個；正常應(yīng)答的幀長度為B＋9 個字節(jié)，其余下域的字節(jié)數(shù)為B＋3個。B為實際數(shù)據(jù) （開關(guān)量或寄存器）的字節(jié)數(shù)，D1…DB為從地址ADD 開始需要讀取的B個實際數(shù)據(jù)；QNT 為實際數(shù)據(jù) （開關(guān)量或寄存器）的數(shù)量，QNTH 為其高字節(jié)，QNTL 為其低字節(jié)；ADD為讀取的起始地址，ADDH 為其高字節(jié)，ADDL 為其低字節(jié)。功能碼FNC為0x01或0x02，是對輸出型或輸入型開關(guān)量進行讀取操作，QNT 為從地址ADD 開始需要讀取的位數(shù)量，QNT 在1～1920之間，其字節(jié)數(shù)為B＝ （QNT＋7）／8；功能碼FNC為0x03或0x04，是對保持型或模擬輸入量型寄存器讀取操作，QNT 在1～125之間，QNT 為需要讀取從起始地址讀取寄存器數(shù)量，其字節(jié)數(shù)為B＝2＊QNT。請求報文的數(shù)據(jù)幀見表3，正常響應(yīng)的應(yīng)答報文數(shù)據(jù)幀見表4。

（2）對單個開關(guān)輸出量或保持寄存器寫操作功能，即功能碼FNC為0x05或0x06，正常響應(yīng)報文與請求報文完全相同，報文幀長度為12 個字節(jié)，余下域的字節(jié)數(shù)為6個，對地址ADD 的開關(guān)輸出量或保持寄存器的進行寫操作。功能碼FUNC 為0x05，是對單個開關(guān)輸出量寫操作，包括置位和復(fù)位兩種操作：對地址ADD 的開關(guān)輸出量進行置位操作請求 （當(dāng)RQ ［10］＝VDH＝0xFF，同時RQ ［11］＝VDL＝0x00，即VD＝0xFF00），對地址ADD 開出位進行復(fù)位操作請求 （當(dāng)RQ ［10］＝VDL＝0x00，RQ ［11］＝VDH＝0x00，即VD＝0x0000）。功能碼FUNC 為0x06，是對單個保持寄存器寫操作，將VD 賦值于地址為ADD 的保持寄存器，VD 為寫入寄存器的數(shù)值，VDH 為其高字節(jié)，VDL為低字節(jié)。請求和應(yīng)答報文數(shù)據(jù)幀見表5。

表3 FNC為0x01、0x02、0x03、0x04的請求報文

表4 FNC為0x01、0x02、0x03、0x04的應(yīng)答報文

表5 FNC為0x05、0x06的請求和應(yīng)答報文

（3）對多個開關(guān)輸出量或保持寄存器寫操作功能，即功能碼FNC為0x0F或0x10，請求報文的幀長度為B＋13個字節(jié)，其余下域的字節(jié)數(shù)為B＋7個；正常應(yīng)答的幀長度為12個字節(jié)，其余下域的字節(jié)數(shù)為6 個。B 為實際數(shù)據(jù)（開關(guān)量或保持寄存器）的字節(jié)數(shù)，VD1…VDB為需要從地址ADD 開始寫入的B 個實際數(shù)據(jù)；QNT 為實際數(shù)據(jù) （開關(guān)量或保持寄存器）的數(shù)量，QNTH 為其高字節(jié)，QNTL為其低字節(jié)；ADD 為讀取的起始地址，ADDH 為其高字節(jié)，ADDL為其低字節(jié)。功能碼FNC 為0x0F，是對QNT個開關(guān)輸出量進行寫入操作，QNT 為從地址ADD 開始需要寫入的位數(shù)量，QNT 在1～1920之間，其字節(jié)數(shù)為B＝（QNT＋7）／8；功能碼FNC為0x10，是對QNT 個保持寄存器寫入操作，QNT 在1～125 之間，QNT 為地址ADD開始寫入的保持寄存器數(shù)量，其字節(jié)數(shù)為B＝2＊QNT。請求報文的數(shù)據(jù)幀見表6，正常應(yīng)答報文數(shù)據(jù)幀見表7。

（4）異常應(yīng)答報文的幀長度為9個字節(jié)，余下域的字節(jié)數(shù)為3個，功能碼EXF 為原始功能碼FNC 加0x80，異常碼EXC 表明出錯的原因。異常應(yīng)答報文見表8，異常碼0x01、0x02、0x03或0x0B分別表示S7－PLC分析請求報文時發(fā)現(xiàn)功能碼非法、地址非法、數(shù)值或數(shù)量非法和單元標(biāo)識符不一致，以及異常碼0x04表示S7－PLC 進行相應(yīng)操作過程中出現(xiàn)差錯。

表6 FNC為0x0F、0x10的請求報文

表7 FNC為0x0F、0x10的應(yīng)答報文

表8 異常應(yīng)答報文

3 通信程序架構(gòu)

在S7－PLC的開關(guān)輸入量、開關(guān)輸出量和模擬輸入量硬件組態(tài)中同一類型按槽位順序連續(xù)地分配地址，保持寄存器由數(shù)據(jù)塊DB數(shù)據(jù)存儲［13］，將數(shù)據(jù)類型相同且地址連續(xù)的數(shù)據(jù)組塊傳送提高通信效率和可靠。FB 和FC 均是S7－PLC用戶程序中的子程序，若FC 用于不同對象的相同功能時新編程序和修改程序，而FB不需要修改程序。對于不同對象FB程序調(diào)用，調(diào)用的程序相同，背景數(shù)據(jù)塊不同而已，F(xiàn)C沒有靜態(tài)變量，F(xiàn)B 有保存在背景數(shù)據(jù)塊中的靜態(tài)變量。S7－PLC 基 于Modbus／TCP 通 信 程 序 架 構(gòu) 如 圖1 所示，在通信程序架構(gòu)中，在S7－PLC作為服務(wù)器，通信程序由通信邏輯處理和通信接口兩部分組成，一個通信邏輯處理程序需要數(shù)個不同通信邏輯處理程序一起應(yīng)用，實現(xiàn)對開關(guān)輸入量、開關(guān)輸出量、模擬量輸入量、保持寄存器（四類數(shù)據(jù)以下稱物理數(shù)據(jù)）的訪問功能。一套S7－PLC 含有數(shù)塊以太網(wǎng)模件，諸如S7－300／400PLC軟冗余系統(tǒng)和S7－400PLC硬冗余系統(tǒng)，不僅需要調(diào)用多個通信邏輯處理程序，還需要調(diào)用多個通信邏輯處理程序，因此通信邏輯處理程序和通信接口程序采用FB 程序。FB通過背景數(shù)據(jù)量傳遞的變量區(qū)有：輸入?yún)^(qū)（IN）、輸出區(qū) （OUT）、輸入輸出區(qū) （IN＿OUT）和靜態(tài)變量區(qū) （STAT），其中IN、IN＿OUT、OUT為接口參數(shù)，直接體現(xiàn)在生成的FB 塊左右兩側(cè)，而STAT 為內(nèi)部參數(shù)。通信接口程序在其不同背景數(shù)據(jù)塊中建立相應(yīng)存儲區(qū)，通信接口程序?qū)⑽锢頂?shù)據(jù)按類型映射至其背景數(shù)據(jù)塊中存儲區(qū)，通信接口程序在物理數(shù)據(jù)和通信邏輯處理程序中的靜態(tài)變量收發(fā)區(qū)進行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移作用，系統(tǒng)功能SFC59 （RD＿REC）和SFC58 （WR＿REC）數(shù)據(jù)記錄區(qū)以字節(jié)為單位，因此通信接口程序還將物理數(shù)據(jù)按字節(jié)進行組塊。通信邏輯處理程序在其背景數(shù)據(jù)塊中建立相應(yīng)收發(fā)區(qū)，在其背景數(shù)據(jù)塊中收發(fā)區(qū)從以太網(wǎng)模件CP接收Modbus／TCP請求報文，分析請求報文，并根據(jù)請求報文對通信接口程序中的靜態(tài)變量存貯區(qū)進行訪問操作，按規(guī)范將數(shù)據(jù)組成Modbus／TCP應(yīng)答報文，返回給以太網(wǎng)模件。

圖1 S7－PLC基于Modbus／TCP協(xié)議通信程序架構(gòu)

4 通信程序設(shè)計

通信邏輯處理程序和通信接口程序采用SCL 語言編寫，通信邏輯處理程序包含變量定義、讀取請求報文、分析報文、處理報文和發(fā)送響應(yīng)報文5部分。

4.1 變量定義

服務(wù)器邏輯功能塊定義模件邏輯輸入地址 （CP＿LAD－DR）、模件連接標(biāo)識號 （CONN＿ID）等輸入變量，定義單元標(biāo)識 （UnitID）、功 能 碼 （FctCod）、起 始 地 址 （StrtAdd）、數(shù)量或數(shù)值 （QntVal）、字節(jié)數(shù) （BytCnt）、收發(fā)數(shù)據(jù)區(qū) （MsgBUF）等靜態(tài)變量，定義發(fā)送數(shù)據(jù)的any指針（anySnd）、接收數(shù)據(jù)的any指針 （anyRcv）等臨時變量。

4.2 讀取請求應(yīng)用數(shù)據(jù)報文

對于上述8種功能碼，Modbus／TCP 請求應(yīng)用數(shù)據(jù)報文總長度均大于或等于12 個字節(jié)。當(dāng)功能碼為0x10 或0x0F時，請求報文總長度大于12個字節(jié)，12個字節(jié)后數(shù)據(jù)域為寫入開關(guān)輸出量或寄存器數(shù)據(jù)的字節(jié)數(shù)和寫入數(shù)據(jù)，對于其它功能碼，請求應(yīng)用數(shù)據(jù)報文總長度為12個字節(jié)。調(diào)用SFC59讀取首12個字節(jié)報文數(shù)據(jù)記錄，這12個字節(jié)數(shù)據(jù)不僅包含報文頭，還包含功能碼、寄存器或開關(guān)量的起始地址、數(shù)量或數(shù)值 （QntVal）。當(dāng)功能碼為0x05 或0x06 時，QntVal表示數(shù)值，對于其他功能碼，QntVal表示數(shù)量。

4.3 分析請求應(yīng)用數(shù)據(jù)報文

分析請求應(yīng)用數(shù)據(jù)報文包含判斷單元標(biāo)識符、判斷功能碼、判斷數(shù)量或數(shù)據(jù)和判斷地址范圍，若超出范圍，返回非法信息。

4.4 請求處理

當(dāng)功能碼為0x01、0x02、0x03 或0x04 時，首先按規(guī)范組建應(yīng)答報文的首9個字節(jié)數(shù)據(jù)，再從通信接口程序的數(shù)據(jù)存儲區(qū)讀取數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)存入應(yīng)答報文9個字節(jié)后的數(shù)據(jù)域組成應(yīng)答報文應(yīng)用數(shù)據(jù)區(qū)。當(dāng)功能碼為0x05時，對單個開關(guān)輸出量寫操作，當(dāng)QntVal為0xFF00時，對起始地址的開關(guān)輸出量進行置位操作，當(dāng)QntVal為0x0000時，對起始地址的開關(guān)輸出量進行復(fù)位操作。當(dāng)功能碼為0x06時，將QntVal賦值予起始地址相應(yīng)的寄存器。對于功能碼為0x05或0x06，將12個字節(jié)請求報文不需修改存入應(yīng)答報文應(yīng)用數(shù)據(jù)區(qū)。當(dāng)功能碼為0x0F時，按位對開關(guān)輸出量相應(yīng)通信接口程序的存儲區(qū)操作，當(dāng)功能碼為0x10時，按字對寄存器相應(yīng)通信接口程序的存儲區(qū)寫操作。當(dāng)功能碼為0x0F或0x10時，首先通過SFC59從以太網(wǎng)模件讀取單字節(jié)的字節(jié)數(shù)BytCnt，再通過SFC59讀取BytCnt個字節(jié)數(shù)據(jù)，并接收到的數(shù)據(jù)寫入相應(yīng)通信接口程序的存儲區(qū)，操作成功后，將請求報文首12個字節(jié)中的長度值更改為0x0006，并將修改后的12個字節(jié)數(shù)據(jù)存入應(yīng)答報文應(yīng)用數(shù)據(jù)區(qū)。

4.5 正常響應(yīng)或異常響應(yīng)

操作成功后，將anySnd 指向正常應(yīng)答報文應(yīng)用數(shù)據(jù)區(qū)；報文有誤以及操作失敗，按規(guī)范組建相應(yīng)的異常應(yīng)答報文應(yīng)用數(shù)據(jù)區(qū)，同時將anySnd指向異常應(yīng)答報文應(yīng)用數(shù)據(jù)區(qū)；調(diào)用系統(tǒng)功能SFC58將應(yīng)答報文發(fā)送至以太網(wǎng)模件。

5 工程應(yīng)用

5.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

某水電廠采用基于Modbus／TCP協(xié)議的計算機監(jiān)控系統(tǒng)，上位機采用NC2000監(jiān)控系統(tǒng)軟件，現(xiàn)地控制層采用SJ－500LCU 裝置，LCU 采用S7－PLC，見圖2。對于每套PLC，均需要設(shè)定站地址，Modbus／TCP協(xié)議報頭中單元標(biāo)識符來定義和區(qū)分各套PLC。上位機作為發(fā)起者將請求數(shù)據(jù)幀的以太網(wǎng)報文至PLC，PLC根據(jù)請求要求做出處理和響應(yīng)。

圖2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

5.2 PLC 硬件組態(tài)與網(wǎng)絡(luò)配置

編程者在Step7 軟件平臺的硬件組態(tài)窗口中，為主機架上分別配置電源模件、CPU 模件和以太網(wǎng)模件，設(shè)置以太網(wǎng)模件的邏輯輸入地址，選擇100Mbps全雙工方式通信參數(shù)，設(shè)置相應(yīng)IP地址，在Step7 軟件平臺網(wǎng)絡(luò)配置組態(tài)窗口，為以太網(wǎng)模件配置網(wǎng)絡(luò)連接，并配置本地連接標(biāo)識號，協(xié)議選用TCP協(xié)議，端口號設(shè)置為502，通信模式選用發(fā)送／接收模式。

5.3 運行結(jié)果及分析

該水電廠計算機監(jiān)控系統(tǒng)在現(xiàn)場成功運行數(shù)年，對各設(shè)備進行過程監(jiān)測、數(shù)據(jù)采集、控制調(diào)節(jié)。系統(tǒng)運行至今沒有出現(xiàn)過通信上的誤報、重報、漏報現(xiàn)象，水電廠所有S7－PLC的采集數(shù)據(jù)傳入上位機數(shù)據(jù)庫的時間小于1s，上位機發(fā)出命令到S7－PLC接受命令的時間小于200ms。系統(tǒng)通信快速、安全、穩(wěn)定及可靠，驗證了Modbus／TCP 協(xié)議通信在S7－PLC系統(tǒng)上實現(xiàn)。

6 結(jié)束語

本文通過對Modbus／TCP 協(xié)議和對S7－PLC 通信程序資源研究，提出了Modbus／TCP 通信協(xié)議在S7－PLC 系統(tǒng)上應(yīng)用模型，對8種功能碼分3類進行分析請求報文和正常響應(yīng)報文以及異常響應(yīng)報文等的數(shù)據(jù)幀，構(gòu)建S7－PLC基于Modbus／TCP通信程序架構(gòu)，在此設(shè)計了S7－PLC 基于Modbus／TCP協(xié)議通信程序。在某水電廠計算機監(jiān)控系統(tǒng)中通過硬件組態(tài)和網(wǎng)絡(luò)配置實現(xiàn)上位機與S7－PLC 基于Modbus／TCP協(xié)議 通 信。Modbus／TCP 通 信 在S7－PLC 系統(tǒng)上成功實現(xiàn)，為Modbus／TCP 協(xié)議在S7－PLC 系統(tǒng)上推廣應(yīng)用具有重要意義。

［1］ZHANG Shiyou.Direct communication between PC and S7PLC by fetch／write method ［J］.Anhui Metallurgy，2012，27 （1）：31－33 （in Chinese）. ［張世友.利用FETCH／WRITE 方式實現(xiàn)PC機與S7PLC 的直接通訊 ［J］.安徽冶金，2012，27（1）：31－33.］

［2］CHEN Qun.Non－driver application of modbus protocol in S7－300 ［J］.Computer Engineering，2009，35 （1）：254－255，259 （in Chinese）.［陳群.S7－300中Modbus協(xié)議的免驅(qū)動應(yīng)用 ［J］.計算機工程，2009，35 （1）：254－255.］

［3］Siemens A G.SIMATIC factory automation ［EB／OL］.［2012－08－15］.http：／／www.ad.siemens.com.

［4］GB／T 19582－2008.Modbus industrial automation network specification［S］（in Chinese）.［GB／T 19582－2008，基于Modbus協(xié)議的工業(yè)自動化網(wǎng)絡(luò)規(guī)范［S］.］

［5］Modbus＿IDA.Modbus messaging on TCP／IP implementation guide V1.0b［EB／OL］.［2006－10－24］.http：／／www.modbus.org.

［6］Modbus＿IDA.Modbus over serial line specification and implementation guide V1.02 ［EB／OL］.［2006－12－20］.http：／／www.modbus.org.

［7］Modbus＿IDA.Modbus TCP conformance test specification V3.0［EB／OL］.［2009－12－15］.http：／／www.modbus.org.

［8］Modbus＿IDA.Modbus application protocol specification VI.1b3 ［EB／OL］.［2012－04－26］.http：／／www.modbus.org.

［9］ZHAO Yixin，TANG Yan.Static active optimizing technique investigation for modbus TCP／IP system ［J］.Journal of Southwest China Normal University （Natural Science），2006，31（4）：116－120 （in Chinese）.［趙亦欣，唐雁.Modbus TCP／IP系統(tǒng)靜態(tài)主動優(yōu)化技術(shù)研究 ［J］.西南師范大學(xué)學(xué)報 （自然科學(xué)版），2006，31 （4）：116－120.］

［10］GAO Hongbin，KONG Meijing，HE Menghe.Siemens PLC and industrial control network applications ［M］.Beijing：Publishing House of Electronics Industry，2006：52－64 （in Chinese）.［高鴻斌，孔美靜，赫孟合.西門子PLC 與工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用 ［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2006：52－64.］

［11］Siemens AG.System software for S7－300／400 system and standard functions ［EB／OL］.［2010－10－31］.http：／／www.ad.siemens.com.

［12］LIU Zhenhua，ZHU Mingfu.Research and implementation of Modbus protocol over UDP／IP ［J］.Microcomputer Applications，2010，31 （12）：20－27 （in Chinese）.［劉振華，朱 明富.UDP／IP協(xié)議下Modbus協(xié)議的研究與實現(xiàn) ［J］.微計算機應(yīng)用，2010，31 （12）：20－27.］

［13］Siemens AG.Addressing for S7－300and S7－400 ［EB／OL］.［2010－09－30］.http：／／www.ad.siemens.com.