使用S7-300/400通信处理器CP与SENTRON PAC3200进行MODBUS TCP通信

baikhgmv · 2016-11-18 09:11:38

使用S7-300/400通信处理器CP与SENTRON PAC3200进行MODBUS TCP通信

1多功能测量表SENTRON PAC3200简介
SENTRON PAC3200电能监视设备可精确提供系统特性，包括电压和电流最大值、最小值和平均值，功率值、频率、功率因数、对称性、逻辑计算、负载趋势、谐波和总谐波失真等。SENTRON PAC3200可检测 50 多个基本数值，具有 10个电能计数器，可用于全面负载检测。它们的测量准确度满足电能计数器标准所规定的较高要求。PAC3200带有MODBUS RTU-RS485接口、PROFIBUS-DP接口和MODBUS TCP 接口，可以很方便将PAC3200的数据上传到PLC中进行处理，也可以上传到HMI中进行数据分析、处理及归档。对于西门子系统可以轻松地将PAC3200集成到上位自动化系统中，例如，集成到西门子 SIMATIC PCS 7 powerrate 和SIMATIC WinCC powerrate 软件包中。

2 PAC3200通信接口对比
PAC3200可以通过MODBUS RTU RS485接口、MODBUS TCP 以太网接口以及现场总线PROFIBUS-DP接口与PLC和HMI通信。下面分别以连接S7-300 PLC为例，在通信性能、连接的个数、编程方面进行对比：

1）通信性能：PROFIBUS-DP使用令牌方式由主站依次访问从站，是实时现场总线，通信响应快，通信的响应时间应考虑PAC3200数据的刷新时间（自身刷新时间可能较PROFIBUS-DP刷新时间慢）；如果选择以太网MODBUS TCP 通信，由于不是实时网络，通信性能次之，通信的响应时间也应考虑PAC3200数据的刷新时间（自身刷新时间可能较以太网刷新时间慢）；使用RS485 MODBUS RTU通信，由于基于串口，通信性能不能与以太网与PROFIBUS-DP相比较。
2）连接个数：使用PROFIBUS-DP，基于主站的性能，最多可以连接126个站点；以太网MODBUS TCP 通信，基于CP的连接个数，通常16个；使用RS485 MODBUS RTU，可以连接一个网段，典型值31个站点。
3）编程：使用PROFIBUS-DP，不需要编写通信程序；使用以太网MODBUS TCP 通信，需要编写发送接收通信程序；使用RS485 MODBUS RTU通信，需要编写从站轮询程序，比较麻烦，如果没有购买MODBUS RTU的驱动，还需要编写通信程序。
4）价格：PROFIBUS-DP与RS485 MODBUS RTU通信需要购买选件网卡，而PAC3200本身集成以太网接口，支持MODBUS TCP 通信。
下面将介绍PAC3200的MODBUS TCP 通信。

3 MODBUS TCP 通信报文
MODBUS TCP 使MODBUS RTU协议运行于以太网，MODBUS TCP使用TCP/IP和以太网在站点间传送MODBUS报文，MODBUS TCP结合了以太网物理网络和网络标准TCP/IP以及以MODBUS作为应用协议标准的数据表示方法。MODBUS TCP通信报文被封装于以太网TCP/IP数据包中。与传统的串口方式，MODBUS TCP插入一个标准的MODBUS报文到TCP报文中，不再带有数据校验和地址，如图1所示：

图1 MODBUS TCP报文

由于使用以太网TCP/IP数据链路层的校验机制而保证了数据的完整性，MODBUS TCP 报文中不再带有数据校验”CHECKSUM”，原有报文中的“ADDRESS”也被“UNIT ID”替代而加在MODBUS应用协议报文头中。
MODBUS TCP服务器使用502端口与客户端进行通信。

S7-300 与PAC3200 之间进行MODBUS TCP 通信时，MODBUS应为协议的报文头赋值如下：
byte 0： transaction identifier (高字节) – 为0
byte 1：transaction identifier(低字节) - 为0
byte 2：protocol identifier(高字节) = 0
byte 3：protocol identifier (低字节) = 0
byte 4：length field (高字节) = 0 (因为所有的报文小于256)
byte 5：length field (低字节) = 后面跟随的字节数
byte 6：unit identifier -原从站地址，这里为0
byte 7：MODBUS 功能码，通过功能码发送通信命令
byte 8 ～：后续的字节数与功能码相关

4 PAC3200支持的MODBUS TCP 功能码
在MODBUS TCP 的报文中，通过使用功能码请求通信伙伴的数据，如对内部寄存器的读写操作、读输入寄存器、写输出寄存器等。不同的操作使用不同的功能码，如FC1、2、3、4、5、6、7、15、16等，PAC3200支持FC2、FC3、FC4、FC6、FC16，在下面将介绍PAC3200这些功能码的报文格式：

FC2 读输入的位信号：
请求：
Byte 0：功能码，2
Byte 1-2：开始的位地址
Byte 3-4：位的个数 (1-2000)

响应：

Byte 0: 返回的功能码 2
Byte 1: 返回的字节个数 (B=(位的个数+7)/8)
Byte 2-(B+1): 位信号的值 (最低有效位是第一个位信号)

FC3 读多个寄存器信号：
请求：
Byte 0：功能码，3
Byte 1-2：寄存器开始地址
Byte 3-4：寄存器的个数 (1-125)

响应：

Byte 0: 返回的功能码 3
Byte 1: 返回的字节个数 (B=2倍寄存器数)
Byte 2-(B+1): 寄存器的值

FC4 读输入寄存器信号：
请求：
Byte 0：功能码，4
Byte 1-2：输入寄存器开始地址
Byte 3-4：输入寄存器的个数 (1-125)

响应：

Byte 0: 返回的功能码 4
Byte 1: 返回的字节个数 (B=2倍输入寄存器数)
Byte 2-(B+1): 输入寄存器的值

FC6 写单个寄存器信号：
请求：
Byte 0：功能码，6
Byte 1-2：寄存器地址
Byte 3-4：寄存器的值

响应：

Byte 0: 返回的功能码 6
Byte 1-2: 寄存器地址
Byte 3-4: 寄存器的值

FC16 写多个寄存器信号：
请求：
Byte 0：功能码，10（HEX）
Byte 1-2：寄存器开始地址
Byte 3-4：寄存器的个数 (1-100)
Byte 5：字节的个数 (B=2倍输入寄存器数)
Byte 6-（B＋5）预置的寄存器值

响应：

Byte 0: 返回的功能码 10（HEX）
Byte 1-2: 寄存器开始地址
Byte 3-4: 寄存器个数

注：

一个寄存器为两个字节，上面介绍的首地址为MODBUS TCP 报文中PDU的首地址。

5 PAC3200的地址区
使用不同的功能码可以对PAC3200不同的地址区进行操作：
测量变量：例如电压、电流值、输入、输出等变量可以使用FC3和FC4，FC3与FC4功能相
同，两者都可以读。
状态参数：例如限制值0、1、2以及输入0、输出0等位信号，使用FC2可以读出这些信
号。
设定参数：例如连接类型、是否使用电压变送器电压、一次侧电压等，可以使用FC3、FC4进
行读操作，两者功能相同，使用FC16进行写操作。
通信参数：例如IP地址、网关等参数，可以使用FC3、FC4进
行读操作，两者功能相同，使用FC16进行写操作。
信息参数：例如产品的序列号等，可以使用FC3、FC4进行读操作，两者功能相同，使用
FC16进行写操作。
命令参数：例如复位最大值、最小值以及能量计数器等参数，使用FC6进行写操作。

6 PAC3200侧的配置
使用PAC3200集成的以太网通信接口进行MODBUS TCP通信，需要对接口进行设置，步骤如下：

1）：使用F4（Menu） > "SETTINGS> COMMUNICATION 进入如下界面如图2所示：