基于S7-400 PN-H 冗余系统CPU集成PN口的Modbus TCP通信快速入门A0835.docx

1 Modbus TCP通讯概述MODBUS/TCP是简单的、中立厂商的用于管理和控制自动化设备的MODBUS系列通讯协议的派生产品,显而易见,它覆盖了使用TCP/IP协议的“Intranet”和“Internet”环境中MODBUS报文的用途。协议的最通用用途是为诸如PLC’s，I/O模块，以及连接其它简单域总线或I/O模块的网关服务的.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1.1通讯所使用的以太网参考模型Modbus TCP传输过程中使用了TCP/IP以太网参考模型的5层：第一层：物理层，提供设备物理接口，与市售介质/网络适配器相兼容第二层：数据链路层，格式化信号到源/目硬件址数据帧第三层：网络层，实现带有32位IP址IP报文包第四层：传输层，实现可靠性连接、传输、查错、重发、端口服务、传输调度第五层：应用层，Modbus协议报文.1.2 Modbus TCP数据帧??Modbus数据在TCP/IP以太网上传输，支持Ethernet II和802.3两种帧格式,Modbus TCP数据帧包含报文头、功能代码和数据3部分,MBAP报文头(MBAP、Modbus ApplicationProtocol、Modbus应用协议)分4个域，共7个字节，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?1.3 Modbus TCP使用的通讯资源端口号在Moodbus服务器中按缺省协议使用Port 502?通信端口,在Modus客户器程序中设置任意通信端口，为避免与其他通讯协议的冲突一般建议2000开始可以使用.1.4 Modbus TCP使用的功能代码按照使用的通途区分,共有3种类型分别为：1)?公共功能代码：已定义好功能码，保证其唯一性，由M认可；2)?用户自定义功能代码有两组，分别为65～72和100～110，无需认可，但不保证代码使用唯一性,如变为公共代码，需交RFC认可；3)?保留功能代码，由某些公司使用某些传统设备代码，不可作为公共用途。按照应用深浅，可分为3个类别1)?类别0,客户机/服务器最小可用子集：读多个保持寄存器(fc.3)；写多个保持寄存器(fc.16)。2)?类别1，可实现基本互易操作常用代码：读线圈(fc.1)；读开关量输入(fc.2)；读输入寄存器(fc.4)；写线圈(fc.5)；写单一寄存器(fc.6)。3)?类别2，用于人机界面、监控系统例行操作和数据传送功能：强制多个线圈(fc.15)；读通用寄存器(fc.20)；写通用寄存器(fc.21)；屏蔽写寄存器(fc.22)；读写寄存器(fc.23)1.5 Modbus TCP通讯应用举例在读寄存器的过程中,以Modbus TCP请求报文为例,具体的数据传输过程如下:1) Modbus TCP客户端实况，用Connect()命令建立目标设备TCP 502端口连接数据通信过程2)?准备Modbus报文，包括7个字节MBAP内请求；3)?使用send()命令发送；4)?同一连接等待应答；5)?同recv()读报文，完成一次数据交换过程6)?当通信任务结束时，关闭TCP连接，使服务器可以为其他服务?2? SIMATIC S7-PN-H冗余系统CPU集成PN口?Modbus/TCP通讯概述2.1?S7-400 PN-H冗余系统CPU集成PN口?Modbus/TCP通讯机理概述S7-400 PN-H冗余系统控制器是西门子推出的基于Profinet系统冗余的解决方案，其中每个CPU上集成了两个Profinet接口，如下图2所示：图2：集成PN接口的S7-400 PN-H冗余系统现在可以通过S7-400 PN-H冗余系统CPU集成的PN接口进行冗余的Modbus TCP通信，该解决方案由基于S7-300/400单站系统CPU集成PN口的Modbus/TCP软件包“ModbusTCP PN-CPU V2.4”发展而来，其通信网络架构如下图3所示：图3：S7-400 PN-H冗余系统CPU集成PN口的Modbus/TCP网络架构由基于S7-300/400单站系统CPU集成PN口的Mo