西門子軟件6SE7038-6GL84-1JB0

SIEMENS西門子上海朕鋅電氣設備有限公司

：鐘濤

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公司主營：西門子數(shù)控系統(tǒng),S7-200PLC S7-300PLC S7-400PLC S7-1200PLC 6ES5 ET200 人機界面,變頻器,DP總線,MM420 變頻器MM430 變頻器MM440 6SE70交流工程調速變頻器6RA70直流調速裝置 SITOP電源,電線電纜,數(shù)控備件,伺服電機等工控產(chǎn)品。:     ：

冗余和重組
以太網(wǎng)環(huán)網(wǎng)廣播會無限循環(huán)。冗余程序即為解決此問題。

當冗余故障發(fā)生時，例如一個節(jié)點的網(wǎng)線損壞或失效，在剩余的網(wǎng)絡節(jié)點重新恢復正常之前，可能會出現(xiàn)報文丟失的情況。此故障時間稱為重組時間。即使冗余恢復-更換了網(wǎng)線或節(jié)點-重組時間仍然存在。

鏈路聚合
鏈路聚合是將多個LAN端口聚合為一個單一的邏輯信道。 鏈路聚合存在于兩個網(wǎng)絡節(jié)點之間并為提高其間數(shù)據(jù)速率。zui多聚合8個端口。邏輯端口的zui大數(shù)據(jù)速率是所有單端口速率之和。

鏈路聚合的zui大速率并是總被*利用。通過聚合的節(jié)點之間的通訊仍然由其在聚合鏈路中的zui大速率決定。僅并行連接時更高的數(shù)據(jù)速率生效。

例如：聚合兩個100 Mbit 線路

• 聚合zui大數(shù)據(jù)速率為 200 Mbits
• Client 1至Client 2的連接（通過聚合）zui大數(shù)據(jù)速率為 100 Mbits
• 通過聚合鏈路并行連接的 Client 3 至 Client 4 zui大數(shù)據(jù)速率為 200 Mbits

鏈路聚合同時支持冗余。當一條線路失效，通過鏈路聚合的其他線路仍然可以通訊。
   

圖. 1

介質冗余協(xié)議（MRP）
MRP 是環(huán)網(wǎng)冗余協(xié)議。冗余管理器在兩個環(huán)口上發(fā)生測試報文。只要測試報文每次都順利到達另一個環(huán)口，冗余管理器就不會認為環(huán)網(wǎng)故障。為防止無限循環(huán)的廣播，冗余管理器堵塞一個環(huán)口中除測試報文之外的所有報文。從而將環(huán)網(wǎng)轉換為線型網(wǎng)絡。
   

圖. 2

當冗余管理器無法接收測試報文時，例如因為環(huán)網(wǎng)中的一根網(wǎng)線損壞，冗余管理器重新接通堵塞端口，并使能所有節(jié)點之間的完整連接。
環(huán)網(wǎng)故障的zui大重組時間為 200 ms。
環(huán)網(wǎng)恢復的zui大重組時間為 200 ms。
   

圖. 3

高速冗余協(xié)議（HRP）
HRP 也是一種冗余協(xié)議。HRP 比 MRP 重組時間更長。與 MRP 不同，HRP 還支持備用功能。
環(huán)網(wǎng)故障的zui大重組時間為 300 ms。
環(huán)網(wǎng)恢復的zui大重組時間為 300 ms。

西門子軟件6SE7038-6GL84-1JB0

HRP 之前稱為 HSR。在舊版本的設備可以找到該名稱。HSR 全稱“高可靠無縫冗余協(xié)議”（ High Availability Seamless Redundancy Protocol）。

網(wǎng)段冗余連接（熱備）
熱備功能用于兩個 HRP 環(huán)網(wǎng)之間的冗余連接。環(huán)網(wǎng)中的兩個交換機分別連接另一環(huán)網(wǎng)的兩個交換機。
熱備功能僅在一個環(huán)網(wǎng)交換機中組態(tài)。圖. 4 展示了一個光纖環(huán)網(wǎng)和一個電氣環(huán)網(wǎng)之間的熱備功能。熱備功能在光纖環(huán)網(wǎng)的兩個交換機或者電氣環(huán)網(wǎng)的兩個交換機中組態(tài)。
網(wǎng)線損壞情況下，zui大重組時間為 300 ms。
網(wǎng)絡恢復的zui大重組時間為 300 ms。
   

圖. 4

高可靠無縫冗余協(xié)議（HSR）
HSR 是一種環(huán)網(wǎng)冗余協(xié)議。與其他冗余協(xié)議通常分離的、單向發(fā)送報文不同，HSR 每個報文在環(huán)網(wǎng)中都是雙向發(fā)送。

圖. 5

連接非冗余節(jié)點的交換機總是接收到兩份報文。交換機轉發(fā)*個報文，舍棄重復報文。該協(xié)議的優(yōu)勢是當網(wǎng)線損壞時，通訊不會中斷。HSR不會丟失報文。 
   

圖. 6

并行冗余協(xié)議（PRP）
PRP 是一種網(wǎng)絡冗余協(xié)議。報文通過并行網(wǎng)絡同時傳輸。這兩個網(wǎng)絡可以是任意結構，例如一個交換機或者環(huán)網(wǎng)。 通過不同網(wǎng)絡傳輸?shù)膱笪脑?Network A 和 Network B 上應保存*。 
   

圖. 7

PRP交換機將終端節(jié)點的報文發(fā)送至兩個網(wǎng)絡。接收端的PRP交換機轉發(fā)*個到達的報文并舍棄重復報文。如果出現(xiàn)一根網(wǎng)線損壞或者一個并行網(wǎng)絡*失效，PRP通訊不受影響。PRP不會丟失報文。
   

圖. 8

PRP 可以和其他冗余協(xié)議混合使用，例如環(huán)網(wǎng)。
   

圖. 9

快速生成樹協(xié)議（RSTP）
RSTP用于網(wǎng)狀網(wǎng)絡。節(jié)點動態(tài)規(guī)劃交換機間的*路徑。10 Mbit/s的連接評估比100 Mbit/s連接更差。除此之外，經(jīng)由兩個交換機的連接評估比經(jīng)由一個交換機（相同的傳輸速率）或者直接連接的更差。 通過這些計算得出交換機傳輸報文的優(yōu)化路徑。如果線路或者交換機失效，RSTP 報文丟失的時間會明顯高于其他協(xié)議。
   

圖. 10

總結

• 每一種冗余協(xié)議都可以補償線路失效，以保持通訊。
• 除鏈路聚合之外，理想的冗余協(xié)議可以容忍交換機失效。連接失效的交換機上的節(jié)點無法到達。其余網(wǎng)絡功能仍保持正常。
• HSR 和 PRP 無重組時間。其他協(xié)議無法避免報文丟失。對于非 HSR/PRP 兼容設備，SCALANCE 組件提供額外的冗余連接。

•  Modbus RTU 主站指令庫

  西門子在 Micro/WIN V4.0 SP5 中正式推出 Modbus RTU 主站協(xié)議庫（西門子標準庫指令）。

  

  圖 1. 西門子標準指令庫（Micro/WIN V4.0 SP5）

   

  注意
  • 1. Modbus RTU 主站指令庫的功能是通過在用戶程序中調用預先編好的程序功能塊實現(xiàn)的，該庫對 Port 0 和 Port 1 有效。該指令庫將設置通信口工作在自由口模式下。
  • 2. Modbus RTU 主站指令庫使用了一些用戶中斷功能，編其他程序時不能在用戶程序中禁止中斷。
  • 3. Modbus RTU 主站庫對CPU的版本有要求。CPU 的版本必須為 2.00 或者 2.01（即訂貨號為 6ES721*－***23-0BA*），1.22版本之前（包括1.22版本）的 S7-200 CPU 不支持。

  使用 Modbus RTU 主站指令庫，可以讀寫 Modbus RTU 從站的數(shù)字量、模擬量 I/O 以及保持寄存器。

  要使用 Modbus RTU 主站指令庫，須遵循下列步驟：

  
  • 1.安裝西門子標準指令庫
  • 2.按照要求編寫用戶程序調用 Modubs RTU 主站指令庫
  • 安裝西門子標準指令庫

  1.2 Modbus RTU 主站功能編程

  1. 調用 Modbus RTU 主站初始化和控制子程序

  使用 SM0.0 調用 MBUS_CTRL 完成主站的初始化，并啟動其功能控制：

  

  圖 2. 用 SM0.0 調用 Modbus RTU 主站初始化與控制子程序

  各參數(shù)意義如下:

  a.	EN	使能：	必須保證每一掃描周期都被使能（使用 SM0.0）
  b.	Mode	模式：	為 1 時，使能 Modbus 協(xié)議功能；為 0 時恢復為系統(tǒng) PPI 協(xié)議
  c.	Baud	波特率：	支持的通訊波特率為1200，2400，4800，9600，19200，38400，57600，115200。
  d.	Parity	校驗：	校驗方式選擇
  			0＝無校驗
  			1＝奇較驗
  			2＝偶較驗
  e.	Timeout	超時：	主站等待從站響應的時間，以毫秒為單位，典型的設置值為 1000 毫秒（1 秒），允許設置的范圍為 1 - 32767。
  			注意： 這個值必須設置足夠大以保證從站有時間響應。
  f.	Done	完成位：	初始化完成，此位會自動置1?？梢杂迷撐粏?MBUS_MSG 讀寫操作（見例程）
  g.	Error		初始化錯誤代碼（只有在 Done 位為1時有效）：
  			0＝ 無錯誤
  			1＝ 校驗選擇非法
  			2＝ 波特率選擇非法
  			3＝ 模式選擇非法

  2. 調用 Modbus RTU 主站讀寫子程序MBUS_MSG，發(fā)送一個Modbus 請求；

  

  圖 3. 調用Modbus RTU 主站讀寫子程序

  各參數(shù)意義如下:

  a.	EN	使能：	同一時刻只能有一個讀寫功能（即 MBUS_MSG）使能
  			注意：建議每一個讀寫功能（即 MBUS_MSG）都用上一個 MBUS_MSG 指令的 Done 完成位來激活，以保證所有讀寫指令循環(huán)進行（見例程）。
  b.	First	讀寫請求位：	每一個新的讀寫請求必須使用脈沖觸發(fā)
  c.	Slave	從站地址：	可選擇的范圍   1 - 247
  d.	RW	從站地址：	0 ＝ 讀， 1 ＝ 寫
  			注意：
  			1. 開關量輸出和保持寄存器支持讀和寫功能
  			2. 開關量輸入和模擬量輸入只支持讀功能
  e.	Addr	讀寫從站的數(shù)據(jù)地址：
  			選擇讀寫的數(shù)據(jù)類型
  			00001 至 0xxxx - 開關量輸出
  			10001 至 1xxxx - 開關量輸入
  			30001 至 3xxxx - 模擬量輸入
  			40001 至 4xxxx - 保持寄存器
  f.	Count	數(shù)據(jù)個數(shù)	通訊的數(shù)據(jù)個數(shù)（位或字的個數(shù)）
  			注意： Modbus主站可讀/寫的zui大數(shù)據(jù)量為120個字（是指每一個 MBUS_MSG 指令）
  g.	DataPtr	數(shù)據(jù)指針：	1. 如果是讀指令，讀回的數(shù)據(jù)放到這個數(shù)據(jù)區(qū)中
  			2. 如果是寫指令，要寫出的數(shù)據(jù)放到這個數(shù)據(jù)區(qū)中
  h.	Done	完成位	讀寫功能完成位
  i.	Error	錯誤代碼：	只有在 Done 位為1時，錯誤代碼才有效
  			0 ＝ 無錯誤
  			1 ＝ 響應校驗錯誤
  			2 ＝ 未用
  			3 ＝ 接收超時（從站無響應）
  			4 ＝ 請求參數(shù)錯誤（slave address, Modbus address, count, RW）
  			5 ＝ Modbus/自由口未使能
  			6 ＝ Modbus正在忙于其它請求
  			7 ＝ 響應錯誤（響應不是請求的操作）
  			8 ＝ 響應CRC校驗和錯誤
  			-
  			101 ＝ 從站不支持請求的功能
  			102 ＝ 從站不支持數(shù)據(jù)地址
  			103 ＝ 從站不支持此種數(shù)據(jù)類型
  			104 ＝ 從站設備故障
  			105 ＝ 從站接受了信息，但是響應被延遲
  			106 ＝ 從站忙，拒絕了該信息
  			107 ＝ 從站拒絕了信息
  			108 ＝ 從站存儲器奇偶錯誤

  常見的錯誤：
  • 如果多個 MBUS_MSG 指令同時使能會造成 6 號錯誤
  • 庫存儲區(qū)被程序其它地方復用，有時也會造成6 號錯誤
  • 從站 delay 參數(shù)設的時間過長會造成主站 3 號錯誤
  • 從站掉電或不運行，網(wǎng)絡故障都會造成主站 3 號錯誤

  3. 在 CPU 的 V 數(shù)據(jù)區(qū)中為庫指令分配存儲區(qū)（Library Memory）

  Modbus Master 指令庫需要一個284個字節(jié)的全局 V 存儲區(qū)。

  參考：分配庫指令數(shù)據(jù)區(qū)

  1.3 關于 Modbus RTU 主站協(xié)議及地址

  此為西門子正式推出的標準庫指令說明資料。

  在 Modbus RTU Master 協(xié)議和 PPI 協(xié)議之間切換：

  Modbus RTU Master 協(xié)議指令庫使通信口工作在自由口模式下，此時不能與 Micro/WIN 軟件通信。要在切換回 PPI 協(xié)議，可以：

  • 將 MBUS_CTRL 指令的 Mode 輸入端設置為邏輯"0"
  • 將 CPU 的允許模式選擇開關置為 STOP 位置

   

  Modbus RTU Master 協(xié)議庫的執(zhí)行時間：

  Modbus RTU Master 協(xié)議庫的 MBUS_CTRL 指令不需要很長的執(zhí)行時間。MBUS_需要 1.11 ms 用于初始化，在后續(xù)的每個掃描周期中只占用 0.41 ms。

  調用 MBUS_MSG 子程序會加長處理時間。大部分時間都用于 CRC 校驗的計算。每讀、寫一個字的數(shù)據(jù)就需要 1.85 ms 掃描時間。數(shù)據(jù)zui多的情況下（讀、寫 120 字的數(shù)據(jù)），掃描時間大概會擴增加 222 ms。讀操作的時間主要消耗在接收數(shù)據(jù)上；寫操作的時間主要消耗在發(fā)送數(shù)據(jù)上。

   

  Modbus 地址

   

  通常 Modbus 地址由 5 位數(shù)字組成，包括起始的數(shù)據(jù)類型代號，以及后面的偏移地址。Modbus Master 協(xié)議庫把標準的 Modbus 地址映射為所謂 Modbus 功能號，讀寫從站的數(shù)據(jù)。Modbus Master 協(xié)議庫支持如下地址：

  • 00001 - 09999：數(shù)字量輸出（ 線圈）
  • 10001 - 19999：數(shù)字量輸入（觸點）
  • 30001 - 39999：輸入數(shù)據(jù)寄存器（通常為模擬量輸入）
  • 40001 - 49999：數(shù)據(jù)保持寄存器

   

  Modbus Master 協(xié)議庫支持的功能

   

  為了支持上述 Modbus 地址的讀寫，Modbus Master 協(xié)議庫需要從站支持下列功能：

  表 1. 需要從站支持的功能

  Modbus 地址	讀/寫	Modbus 從站須支持的功能
  00001 - 09999 數(shù)字量輸出	讀	功能 1
  	寫	功能 5：寫單輸出點 功能 15：寫多輸出點
  10001 - 19999 數(shù)字量輸入	讀	功能 2
  	寫	－
  30001 - 39999 輸入寄存器	讀	功能 4
  	寫	－
  40001 - 49999 保持寄存器	讀	功能 3
  	寫	功能 6：寫單寄存器單元 功能 16：寫多寄存器單元

   

  Modbus 地址和 S7-200 存儲區(qū)地址的映射

   

  S7-200 通過 Modbus Master 和 Slave 協(xié)議庫通信時，Modbus 地址和 S7-200 內存儲區(qū)地址的 映射關系都類似。

  Modbus 保持寄存器地址映射舉例：

  

  Modbus 數(shù)字量地址映射舉例：

   

  位地址（0xxxx 和 1xxxx）數(shù)據(jù)總是以字節(jié)為單位打包讀寫。*個字節(jié)中的zui低有效位對應 Modbus 地址的起始地址。如下圖所示：

   

  

  圖 4. 數(shù)字量地址映射舉例

  1.4 Modbus RTU 主站例程

  為了更好地理解 Modbus 主站的編程，可參考下面的例程。

   

  例子程序1: 多個MBUS_MSG指令輪詢執(zhí)行，

   

  注意
  • 1. 該例程使用 Micro/WIN V4.0 SP5 保存。
  • 2. 該例程僅訪問一個從站，若訪問不同的從站，可通過改變從站地址來實現(xiàn)。

  Modbus RTU 主站指令庫應用例程

   

  例子程序2：反復激活單個MBUS_MSG指令：

   

  Modbus RTU 主站變址方式輪詢訪問應用例程

   

  注意：此指令庫/程序的作者和擁有者對于該軟件的功能性和兼容性不負任何責任。使用該軟件的風險*由用戶自行承擔。由于它是免費的，所以不提供任何擔保，錯誤糾正和支持，用戶不必為 此西門子與服務部門。

  1.5 Modbus RTU 主站常問問題

  Modbus RTU 主站庫對 CPU 的版本是否有要求，為什么編譯例子程序時，會遇到 4 個錯誤？

  Modbus RTU 主站庫對 CPU 的版本確實有要求，CPU 的版本必須為 2.00 或者 2.01(即訂貨號為6ES721*－***23-0BA*)，1.22 版本之前（包括 1.22 版本）的 S7-200 CPU 不支持。

  Modbus 指令庫啟動后，如何通過同一個通信端口進行 CPU 監(jiān)控？

  Modbus 指令庫使用的是 CPU 的自由口通信功能，工作在自由口模式下的通訊口不能使用 Micro/WIN 的 PPI 編程通信監(jiān)控。如果通信口都已經(jīng)被占用，可以考慮：

  • 加一個通信模塊（如 EM 277、CP 243-1、EM 241 等）擴展出一個編程通信口
  • 中止自由口模式，可以將 CPU 上的模式開關從 RUN 撥到 STOP；或者保持處于 RUN 狀態(tài)，用程序停止指令庫的 Modbus 模式（參見指令庫應用）

   如何理解 Modbus 地址與功能碼的區(qū)別？

  Modbus 地址與 Modbus 的功能碼是兩個層次的概念。

   

  根據(jù) Modbus 通信協(xié)議，Modbus 數(shù)據(jù)的地址使用 0xxxx、1xxxx、3xxxx 和 4xxxx 的形式，分別表示數(shù)字量輸出、數(shù)字量輸入、模擬量輸入等數(shù)據(jù)地址。在使用 S7-200 的指令庫時，Modbus 數(shù)據(jù)地址與 S7-200 的 I/O 和數(shù)據(jù)存儲區(qū)地址間有特定的對應關系。

   

  有些設備表明它支持 Modbus RTU 通信協(xié)議，但也詳細提供了讀寫數(shù)據(jù)的詳細通信幀格式，其中包括如何 Modbus 站的地址，需要讀寫數(shù)據(jù)類型、長度等等。數(shù)據(jù)幀有特定字節(jié)指出此指令讀寫的數(shù)據(jù)類型和地址，此字節(jié)的數(shù)據(jù)內容即所謂"功能碼"，如功能 1 讀取單個/多個數(shù)字量輸出點的值。

   

  支持 Modbus 協(xié)議的設備或軟件，使用時用戶直接設置或看到的應當是 Modbus 數(shù)據(jù)地址。Modbus 地址所訪問的數(shù)據(jù)，是通過各種"功能"讀寫而來。功能碼是 Modbus 地址的底層。如果 Modbus 通信的一方提供的所謂 Modbus 協(xié)議只有功能碼，則需要注意了解此功能號與 Modbus 地址間的對應關系。

  如何訪問大于 9999 的保持寄存器地址？

  通常 Modbus 協(xié)議的保持寄存器地址范圍在 40001 - 49999 之間。對于多數(shù)應用來說已經(jīng)夠了。但有些 Modbus 從站把地址映射到保持寄存器區(qū)的地址超過 9999 的部分。

  Modbus Master 協(xié)議庫支持超過 9999 的保持寄存器地址。地址范圍為 400001 - 465536。只需在調用 MBUS_MSG 子程序時給 Addr 參數(shù)賦相應的值即可，如 416768。

   Modubs Master 擴展地址模式僅支持保持寄存器區(qū)，不支持其他地址類型。

  S7-200 作為 Modbus 主站方接收上來的數(shù)據(jù)格式與第三方設備不一樣怎么辦？

  西門子PLC數(shù)據(jù)的存儲格式為高位低存方式。舉例：VD200中包含VW200和VW202，其中VW202是低字，VW200是高字。若第三方設備與西門子數(shù)據(jù)存儲格式不同，是低位低存的方式，那么通信上來的數(shù)據(jù)就會存在錯誤，需要進行轉換才能使用。編程的方式比較多樣，針對雙字中高低字的交換可以使用SWAP(字交換）指令，若是字節(jié)交換可以考慮循環(huán)移位指令。

  S7-200 是否支持如 Modbus TCP 等其它協(xié)議？

  不支持。S7-200自身的通信端口或其通信擴展模塊均不支持 Modbus TCP、CANopen、DeviceNet 以及 BACnet 通信協(xié)議。

   為什么 S7-200 作 Modbus 主站時 MBUS_MSG 指令報6號錯誤？

  引起6號錯誤主要有兩方面的原因：1.多個 MBUS_MSG 指令同時使能執(zhí)行；2. Modbus庫存儲區(qū)中分配的建議地址區(qū)與編程中已使用的V存儲區(qū)有重疊。