SIMATIC S5 SIEMENS. Sondertreiber für CP 544 B. MODBUS Protokoll RTU-Format. S5 ist Slave. Kurzinformation. Bestell - Nr.: 6ES QA11.

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1 SIEMENS SIMATIC S5 Sondertreiber für CP 544 B MODBUS Protokoll RTU-Format S5 ist Slave Bestell - Nr.: 6ES QA11 Stand 08/96 S5B3QAK2.DOC

2 1. Allgemeines Mit dem Sondertreiber S5B3QA für den Kommunikationsprozessor CP544 B wurde eine Kopplungssoftware entwickelt, die es ermöglicht "modbusfähige" Steuerungssysteme (z.b. Honeywell TDC 3000, Modicon-,Hartmann & Braun- oder Fisher- Provox- Steuerungen) an SIMATIC S5-Geräte der U-Reihe (115U, 135U, 155U) anzuschließen. Zur Übertragung wird das GOULD - MODICON - MODBUS-Protokoll im RTU-Format verwendet. Bei Mehrpunktverbindungen kann die RS485-Schnittstelle des CP 544B oder die V24 (RS232C)-Schnittstelle mit einem Modem (z.b. J478 von MODICON) verwendet werden. Die Kommunikationssoftware besteht aus einem Sondertreiber und aus zwei Funktionsbausteinen. Die Datenübertragung wird nach dem Master-Slave-Prinzip abgewickelt. Der Master hat bei der Übertragung die Initative, der CP544B arbeitet als Slave und sendet nur auf Anforderung vom Master. Ein Telegrammverkehr von Slave zu Slave ist nicht möglich. 1

3 Technische Daten: -MODBUS-Protokoll mit RTU-Format -Master-Slave-Kopplung: SIMATIC ist Slave -realisierte Funktionscodes: 01, 02, 03, 04, 05, 06, 08, 15, 16 -keine V.24 Steuer- und Meldeleitungen -CRC-Polynom X 16 + x 15 +x TTY; V24; RS422/RS485 (2-Draht oder 4-Draht) -Kommunikations-FB s (FB180 für Anlauf, FB181 für den zyklischen Betrieb mit Hantierungsbausteinen) -Die MODBUS-Datenadresse wird auf S5-Datenbereiche umgesetzt: S5-Datenbereiche, die bearbeitet werden können:db oder DX, Merker, Ausgänge, Timer, Zähler, (erweiterte) Peripherie und (erweiterte) Systemadressen -Zeichenverzugszeit 3,5 Zeichen (baudratenabhänigig) Parametrierbar sind: -Baudrate von 300 Bd bis zu Bd (TTY bis 9600Bd, V24 bis 19200Bd) -Zeichenrahmen -Slaveadresse des CP -mit/ohne RS422/485-Betrieb Halbduplex für 2-Drahtverbindungen -mit/ohne Schmierzeichen ignorieren (für Modem-Betrieb) -Faktor für die Zeichenverzugszeit 1-9 -Nummer des Arbeits-DB (für die FB-Bearbeitung) -Auswahl DB/DX bei registerorientierten Funktionscodes -Basis DB/DX-Nummer -Freigabe der vom Master beschreibbaren Speicherbereiche und der lesbaren (erweiterten) Peripherie 2

4 1.1 Hard- und Softwarevoraussetzungen Der Sondertreiber ist auf dem CP 544 B mit der MLFB 6ES UB11 ablauffähig. Der CP 544 mit der MLFB 6ES UA11 kann nicht mit Sondertreibern betrieben werden. Die beiden seriellen Schnittstellen des CP544B können unabhängig voneinander mit unterschiedlichen Standardprotokollen oder Sondertreibern betrieben werden. Zum Laden und Parametrieren von Sondertreibern benötigen Sie die Parametriersoftware COM PP ab Stufe 3. Es werden 2 Kommunikations-FB s mitgeliefert. Die FB s sind nur bei Verwendung des Default-Arbeits-DB 180 mit einem EPROM einsetzbar. CP 544B Geräteschnittstellen Flash-EPROM- Speichermodul V24 / TTY / RS422 / RS485 SIEMENS PG740 S5-DOS Program m iergerät Sondertreiberdiskette 3

5 1.2 Geräteschnittstellen des CP544B Der Sondertreiber kann in Verbindung mit den Schnittstellenmodulen V24, TTY und RS422/485 eingesetzt werden. Bei der V24-Schnittstelle erfolgt kein Hardwarehandshake (keine Bedienung der V24- Begleitsignale). Die RS422/485-Schnittstelle kann im 2-Draht- und 4-Draht-Betrieb eingesetzt werden. Der Aufbau einer Mehrpunktverbindung (Netzwerk) ist möglich, wenn die angeschlossenen Slaves in der Lage sind, ihren Sender in den hochohmigen Zustand (Tri-State) zu schalten. 1.3 Übertragungsprozedur Struktur Anforderungstelelgramm / Antworttelegramm: ADDRESS FUNCTION DATA CRC-CHECK ADDRESS MODBUS-Slave-Adresse FUNCTION MODBUS-Funktions-Code DATA Telegrammdaten: Byte_Count, Coil_Number, Data... CRC-CHECK Telegramm-Prüfsumme Der Datenverkehr "Master-Slave" bzw. "Slave-Master" beginnt mit der Slaveadresse (0-255), gefolgt vom Funktionscode (01, 02, 03, 04, 05, 06, 08, 15 oder 16). Der weitere Aufbau ( DATA ) ist abhängig vom verwendeten Funktionscode. Das Telegrammende ist durch eine zwei Byte lange CRC16-Prüfsumme gekennzeichnet. Das CRC-Prüfzeichen wird nach folgendem Polynom berechnet: x 16 + x 15 + x Das Ergebnis wird beim Senden dem Telegramm angefügt (zuerst das Low-Byte, dann das High-Byte). Beim Empfang werden alle Daten dem gleichen CRC-Check unterzogen. Erkennt der CP einen Fehler im Anforderungstelegramm (z.b. Adresse nicht erlaubt) oder konnte der Funktionscode nicht bearbeitet werden (z. B. All-Auftrag mit Fehler DB zu kurz), so setzt er das höchstwertige Bit im Funktionscode und sendet als Antworttelegramm ein Fehlertelegramm an den Master zurück. Telegrammende - Zeichenverzugszeit: Der Sondertreiber erkennt dann Telegrammende, wenn während der Zeit, die dreieinhalb Zeichen zur Übermittlung benötigen (3,5-fache Zeichenübertragungszeit), keine Übertragung stattfindet (siehe MODBUS Protocol Reference Guide). Bei Abweichungen siehe Abschnitt

6 Dieser Telegrammende-TIME_OUT ist somit baudratenabhängig (z. B. 4ms bei 9600 Baud). Bei Ablauf des Telegrammende-TIME_OUT s wird das vom Master empfangene Anforderungstelegramm ausgewertet und formal geprüft. 1.4 Kommunikation Im Anwenderprogramm ist der mitgelieferte Funktionsbaustein FB180 im Anlauf und der FB181 zyklisch aufzurufen. Der Kommunikations-FB hat die Parameter Schnittstellennummer und Arbeits-DB und bearbeitet die gesamte Kopplung (z. B. Aufruf der Hantierungsbausteine). Für die MODBUS-Kopplung ist kein weiteres STEP5-Programm nötig! Außerdem bearbeitet der FB181 die schreibenden Funktionscodes FC des Masters auf Merker (FC05, FC15), Ausgängen (FC05, FC15), Timer (FC15), Zähler (FC15) und die lesenden Funktionscodes mit Zugriffen auf (erweiterte) Peripherie (FC01, FC04). Zur Bearbeitung dieser Funktionen benötigt der FB drei AG-Zyklen, für die anderen Funktionen, die der CP direkt mit den HTB s bearbeitet, wird nur ein AG-Zyklus benötigt. Der CP sendet die Antwort an den Master erst nach Bearbeitung durch den FB. Die Standard-Antwortüberwachungszeit von 2 Sekunden wird bei einer AG-Zykluszeit kleiner 500 ms eingehalten. Die vom Master empfangenen Telegramme werden entsprechend der Adreßangabe im Anforderungstelegramm aus der CPU gelesen bzw. in der CPU abgelegt. Dafür generiert der Sondertreiber die Parameter für die Hantierungsbausteine Send-All und Receive-All. Dabei wird die MODBUS-Datenadresse (Start-Address, Register-Addres, Bit-Adress) von der SIMATIC interpretiert. Ein Funktionscode bearbeitet entweder Datenbausteine oder andere Speicherbereiche. Codierung der MODBUS-Datenadresse für Datenbausteine Die Funktionscodes 02, 03, 06 und 16 bearbeiten je nach Parametrierung immer einen Datenbaustein DB oder immer einen erweiterten Datenbaustein DX. Ferner gibt die Möglichkeit eine Basis-DB/DX-Nummer zu vergeben. Der vom MODBUS-Master empfangene Offset wird zu der Basis-DB/DX-Nummer addiert. Dadurch läßt sich das Fenster der adressierbaren DB s in der S5 nach oben verschieben. Die Adresse High wird als Offset des (erweiterten) Datenbausteins und die Adresse Low als Nummer des ersten Datenwortes interpretiert. Bit 15 Adresse HIGH Adresse LOW Bit 0 Offset Datenbaustein Datenwortnummer 5

7 Codierung der MODBUS-Datenadresse für andere Speicherbereiche Funktionscodes 01: MODBUS_Adresse S5-Speicherbereich = Anfangs- Bitnummer 0 bis 2047 Merker M0.0 bis M bis 3071 Eingang E0.0 bis E bis 4095 Ausgang A0.0 bis A bis Peripherie P0.0 bis P bis erw. Peripherie Q0.0 bis Q255.7 Funktionscodes 05: MODBUS-Adresse S5-Adresse = Bit_Address 0 bis 2047 Merker M0.0 bis M bis 4095 Ausgänge A0.0 bis A127.7 Funktionscodes 15: MODBUS-Adresse = Bit_Address S5-Adresse S5-Bereich organisiert in 0 bis 2047 Merker M0.0 bis M255.7 Bytes 3072 bis 4095 Ausgang A0.0 bis A127.7 Bytes 4096 bis 6143 Timer T0 bis T127 Worten 6144 bis 8191 Zähler Z0 bis Z127 Worten Funktionscodes 04: MODBUS-Adresse = Anfangs- Registernummer S5-Adresse S5-Bereich organisiert in 0 bis 255 Merker MW0 bis MW254 Bytes 256 bis 383 Eingang EW0 bis EW126 Bytes 384 bis 511 Ausgang AW0 bis AW126 Bytes 512 bis 639 Timer T0 bis T127 Worten 640 bis 767 Zähler Z0 bis Z127 Worten 768 bis 1023 Peripherie PW0 bis PW254 Bytes 1024 bis 1279 erw. Peripherie QW0 bis QW254 Bytes 1280 bis 1535 Systemadressen BS0 bis BS255 Worten 1536 bis 1791 erw. Systemadressen BT0 bis BT255 Worten 6

8 2. Treiber parametrieren Die komplette Parametrierung erfolgt mit COMPP. Es gibt eine sondertreiberspezifische Maskendatei. 2.1 Prozedurparameter Die Prozedurparameter werden über den statischen Parametersatz mit COMPP parametriert. Die Baudrate ist die Geschwindigkeit der Datenübertragung in Bit pro Sekunde (Baud). Einstellbare Werte in Baud: 300, 600, 1200, 2400, 4800, 9600, 19200, 38400, Die Summenbaudrate des CP544 beträgt Baud. Bei Verwendung der TTY-Schnittstelle ist zu beachten, daß die Baudrate nicht größer 9600 Baud sein darf. Die maximale Übertragungsrate bei der V.24-Schnittstelle beträgt Baud. Asynchroner Zeichenrahmen: Ruhe Startbit Datenbits optional Paritätsbit Stoppbit Zeichenrahmen Zeichenrahmen Für den Zeichenrahmen gelten folgende Vereinbarungen: - Es gibt immer ein Startbit (logisch 0) - Es wird mit 8 Datenbits gearbeitet (wegen RTU-Fomat) - Es kann ohne, mit gerader oder mit ungerader Parität gearbeitet werden. Dabei wird die Anzahl der Einsen eines Zeichens auf gerade oder ungerade Anzahl ergänzt; bzw. es wird kein Paritätsbit übertragen. - Es kann zwischen 1 oder 2 Stoppbits (logisch 1) gewählt werden. 7

9 2.2 Betriebsarten des Sondertreibers Normal-Betrieb: In dieser Betriebsart führen alle erkannten Übertragungsfehler bzw. BREAK vor und nach Anforderungstelegrammen zu einer entsprechenden Fehlermeldung im SYSTAT- Bereich. Endekriterium ist der Ablauf der Zeichenverzugszeit. Wenn das erste empfangene Zeichen (Slaveadresse) ungültig ist, wird das Telegramm ignoriert. Schmierzeichen ignorieren: Wird zu Beginn oder nach dem Ende des Anforderungtelegramms "BREAK" am Empfänger erkannt, oder stellt der CP-Schnittstellenbaustein Übertragungsfehler fest, so ignoriert der Treiber diesen fehlerhaften Empfang. Der CP erkennt ein Telegramm vom Master erst nach dem ersten korrekt empfangenen Zeichen, das der Slaveadresse oder der Brodcastadresse entspricht. Telegrammende wird anhand von Funktionscode und Bytecount ermittelt, ein weiterer Empfang während der Zeichenverzugszeit am Telegrammende wird nicht als Fehler interpretiert, sondern ignoriert. Diese Einstellung ist für den Betrieb mit Modem sinnvoll. RS422/485-Betrieb Halbduplex (2-Draht): Diese Einstellung ist zu wählen, wenn sie mit einem RS422/485-Modul im 2-Draht-Betrieb (Bus-Betrieb: Halbduplex ) arbeiten. Der Sondertreiber schaltet die Zweidrahtleitung R zwischen Sende- und Empfangsbetrieb um. Bei Einstellung Halbduplex auf dem RS422/485-Modul ist es möglich, bis zu 32 Slaves an einen Master im Halbduplexbetrieb anzuschließen und damit eine Mehrpunktverbindung (Netzwerk) zu bilden. 2.3 Slaveadresse Der CP beantwortet nur Telegramme, bei denen die empfangene Slaveadresse mit der eigenen parametrierten übereinstimmt. Telegramme an andere Slaves werden nicht geprüft und nicht beantwortet. Da bei Slaveadresse 0 alle Slaves am Bus angesprochen werden, sendet der CP nach Ausführung des Funktionscodes kein Reaktionstelegramm an den Master. Broadcast- Messages sind nur in Verbindung mit den schreibenden Funktionscodes 05, 06, 15, bzw. 16 zulässig. 8

10 2.4 Multiplikationsfaktor für die Zeichenverzugszeit Wenn ein Koppelpartner die zeitlichen Anforderungen der MODBUS-Spezifikation nicht einhalten kann, besteht hier die Möglichkeit die Zeichenverzugszeit durch den Multiplikationsfaktor (1 bis 9) zu vervielfachen. Die Zeichenverzugszeit sollte nur verstellt werden, wenn der Koppelpartner die geforderten Zeiten nicht einhalten kann. 2.5 DB-Nummer des Arbeitsdatenbausteins Vom Anwender ist ein Datenbaustein anzugeben, der vom FB181 als Arbeitsbereich genutzt werden kann. Als Arbeitsdatenbaustein ist nur ein DB und kein DX parametrierbar. Wenn nicht mit dem Default-Arbeits-DB 180 gearbeitet wird, kann der FB nicht auf EPROM betrieben werden! 2.6 Auswahl DB/DX bei registerorientierten Funktionscodes Bei registerorientierten Funktionscodes können in der Modbus-Adressangabe nur DBund DW-Nummer angegeben und keine Auswahl DB/DX getroffen werden. Daher wird dem Anwender die Möglichkeit gegeben, für seine Kopplung generell festzulegen, ob alle registerorientierten Funktionscodes (02, 03, 06, 16) immer Datenbausteine DB oder immer erweiterte Datenbausteine DX bearbeiten sollen. 2.7 Basis- DB/DX-Nummer Da nicht alle Master-Systeme den vollen Adreßbereich nutzen können, besteht hier die Möglichkeit, für die DB-orientierten Funktionscodes (02, 03, 06, 16) eine Basis-DB/DX- Nummer zu vergeben. Der vom MODBUS-Master empfangene Offset wird zu der Basis-DB/DX-Nummer addiert. Dadurch läßt sich das Fenster der adressierbaren DB s in der S5 nach oben verschieben. Sie können hier also den DB/DX angeben, der von einem Anforderungstelegramm vom Master mit der Adresse 0 bearbeitet wird. Höhere Adressen entsprechen den nachfolgenden DB/DX (vgl. auch Kapitel 6 Funktionscodes ). 2.8 Freigabe der Speicherbereiche in der S5 Für alle beschreibbaren Speicherbereiche können vom Anwender Ober- und Untergrenzen innerhalb der systemzulässigen Grenzen definiert werden. Wird als Obergrenze 0 angegeben, ist der komplette Bereich gesperrt. Lesende Funktionscodes können nur für die (erweiterte) Peripherie (P / Q-Bereich) gesperrt werden. Ein Telegramm vom Master auf einen gesperrten Speicherbereich wird vom CP mit einem Fehlertelegramm abgewiesen. 9

11 3. Funktionscodes Funktionscode 01: Read Output (Coil) Status Diese Funktion ermöglicht in der SIMATIC S5 das bitweise Lesen aus folgenden Bereichen: Merker, Eingänge, Ausgänge, Peripherie, erweiterte Peripherie, Systemadressen oder erweiterte Systemadressen. Parameter: Start-Address Number of coils (Bitanzahl 1 bis 2040). Funktionscode 02: Read Input Status Diese Funktion ermöglicht in der SIMATIC S5 das Lesen von Bitbereichen aus einem (erweiterten) Datenbaustein. Parameter: Start-Address Number of inputs (Bitanzahl 1 bis 2040). Funktionscode 03 Read Input Register Diese Funktion ermöglicht in der SIMATIC S5 das Lesen Registern (=Datenworten) aus einem (erweiterten) Datenbaustein. Parameter: Start-Address Number of registers (Registeranzahl 1 bis 127; Register = 2 Byte). Funktionscode 04 Read Output (Holding) Register Diese Funktion ermöglicht in der SIMATIC S5 das Lesen von Registern (=Worte) aus folgenden Bereichen: Merker, Eingänge, Ausgänge, Peripherie, erweiterte Peripherie, Timer, Zähler, Systemadressen oder erweiterte Systemadressen. Parameter: Start-Address Number of registers (Registeranzahl 1 bis 127; Register = 2 Byte). 10

12 Funktionscode 05 Force Single Coil (Modify Coil Status) Diese Funktion ermöglicht in der SIMATIC S5 das Ändern (Schreiben) eines Bits folgenden Bereichen: Merker, Ausgänge. Parameter: "Bit-Address "Data ( FF00H Bit setzen; 0000H Bit löschen ) Funktionscode 06 Preset Single Register (Modify Register Content) Diese Funktion ermöglicht in der SIMATIC S5 das Ändern (Schreiben) eines Datenwortes (=Register) in einem (erweiterten) Datenbaustein. Parameter: "Register-Address" "Data (Neuwert) Funktionscode 08 Loop Back Test Telegramm wird unverändert zurück geschickt. Bei diesem Funktionscode wird nur der Diagnostic Code 0000 unterstützt! Funktionscode 15 Force Multiple Coils Diese Funktion ermöglicht in der SIMATIC S5 das Ändern (Schreiben) von Bitbereichen aus folgenden Bereichen: Merker, Ausgänge, Timer oder Zähler. Parameter: "Bit-Address" "Quantity" (Bitanzahl ) "Data Coil" (Bitstati 1 = ON / 0 = OFF). Auf Zähler und Timer darf nur schreibend zugegriffen werden, wenn die Bitanzahl einem Vielfachen von 16 entspricht und die Bitnummer 0 ist. Funktionscode 16 Preset Multiple Registers Diese Funktion ermöglicht in der SIMATIC S5 das Ändern (Schreiben) von Registern (=Datenworten) aus einem (erweiterten) Datenbaustein. Parameter: "Register-Address" "Quantity" (Anzahl Datenworte 1-127) "Data" (Neuwerte). 11

13 4. Beispiel Anforderungstelegramm vom Master FUNCTION 16: 05H Slave-Adresse 10H Funktionscode 04H Register-Address "High" = Datenbaustein 4 07H Register-Address "Low" = Datenwort 7 00H Quantity "High" 02H Quantity "Low" 04H Bytecount 00H <data> "High" 01H <data> "Low" 02H <data> "High" 03H <data> "Low" xxh CRC-Prüfcode "Low" xxh CRC-Prüfcode "High" DB 4 DL DR DW 7 00H 01H DW 8 02H 03H Der CP beschreibt mit einem RECEIVE-ALL (FB181) den DB 4 ab DW 7 mit den Neuwerten. Nach dem Aktualisieren der Datenworte sendet der CP die Parameter unverändert an den Master zurück. Antworttelegramm vom CP FUNCTION 16: 05H 10H 04H 07H 00H 02H xxh xxh Slave-Adresse Funktionscode Register-Address "High" Register-Address "Low" Quantity "High" Quantity "Low" CRC-Prüfcode "Low" CRC-Prüfcode "High" 12