Wie realisieren Sie eine MODBUS-RTU- Kommunikation?

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1 FAQ 02/2017 Wie realisieren Sie eine MODBUS-RTU- Kommunikation? SIMATIC S FW V4.2 / STEP 7 V14 (TIA Portal)

2 Dieser Beitrag stammt aus dem Siemens Industry Online Support. Es gelten die dort genannten Nutzungsbedingungen ( Securityhinweise Siemens bietet Produkte und Lösungen mit Industrial Security-Funktionen an, die den sicheren Betrieb von Anlagen, Systemen, Maschinen und Netzwerken unterstützen. Um Anlagen, Systeme, Maschinen und Netzwerke gegen Cyber-Bedrohungen zu sichern, ist es erforderlich, ein ganzheitliches Industrial Security-Konzept zu implementieren (und kontinuierlich aufrechtzuerhalten), das dem aktuellen Stand der Technik entspricht. Die Produkte und Lösungen von Siemens formen nur einen Bestandteil eines solchen Konzepts. Der Kunde ist dafür verantwortlich, unbefugten Zugriff auf seine Anlagen, Systeme, Maschinen und Netzwerke zu verhindern. Systeme, Maschinen und Komponenten sollten nur mit dem Unternehmensnetzwerk oder dem Internet verbunden werden, wenn und soweit dies notwendig ist und entsprechende Schutzmaßnahmen (z.b. Nutzung von Firewalls und Netzwerksegmentierung) ergriffen wurden. Zusätzlich sollten die Empfehlungen von Siemens zu entsprechenden Schutzmaßnahmen beachtet werden. Weiterführende Informationen über Industrial Security finden Sie unter Die Produkte und Lösungen von Siemens werden ständig weiterentwickelt, um sie noch sicherer zu machen. Siemens empfiehlt ausdrücklich, Aktualisierungen durchzuführen, sobald die entsprechenden Updates zur Verfügung stehen und immer nur die aktuellen Produktversionen zu verwenden. Die Verwendung veralteter oder nicht mehr unterstützter Versionen kann das Risiko von Cyber-Bedrohungen erhöhen. Um stets über Produkt-Updates informiert zu sein, abonnieren Sie den Siemens Industrial Security RSS Feed unter Inhaltsverzeichnis Anleitung Anweisungsbibliothek MODBUS ( RTU) Modbus_Comm_Load Modbus_Master Modbus_Slave Beispielprojekt... 9 Beitrags-ID: , 2.0, 02/2017 2

3 CM 1241 (RS422/485) CM 1241 (RS422/485) Siemens AG 2017 All rights reserved Die SIMATIC S ermöglicht über die CPU-Erweiterung mit den Schnittstellen RS422, RS485 und RS232 die Punkt-zu-Punkt-Kommunikation. Jede S Steuerung kann mit bis zu drei Kommunikationsmodulen (+ ein RS485 Kommunikationsboard) erweitert werden. Mit Hilfe der in STEP 7 (TIA Portal) integrierten MODBUS-Bibliothek können Sie jedes Kommunikationsmodul als MODBUS Master oder Slave definieren. Wenn Sie MODBUS Master wählen, ergibt sich die maximale Anzahl unterstützter Modbus-Slaves wie folgt: über den CM 1241 RS232 (physikalisch bedingt) nur mit einem Slave über RS422 (via CM 1241 RS422/RS485) mit bis zu 10 Slaves nacheinander über RS485 (via CM oder CB 1241 RS485) mit bis zu 32 Slaves nacheinander Anhand eines Beispielprojektes wird die Vorgehensweise zur Projektierung in STEP 7 (TIA Portal) V14 zur Kommunikation mit mehreren Slaves über den CM 1241 RS485 beschrieben. 1.1 Anleitung Vorgeführt wird die MODBUS-Kommunikation zwischen einem Master und einem Slave. Es wird abwechselnd in die Halteregister des Slaves geschrieben (Funktionscode 16) und aus den Halteregistern des Slaves gelesen (Funktionscode 03). Da es sich bei RS485 um eine Zweileiterschnittstelle (halbduplex) handelt, muss das Schreiben und Lesen nacheinander ausgeführt werden. Über das gleiche Prinzip kann auch die Adresse des anzusprechenden Slaves zwischen zwei Aktionen (hier schreiben und lesen) geändert und so mit mehreren Slaves Daten ausgetauscht werden. Abbildung 1-1 MODBUS-Master MODBUS-Slave CPU 1211C CSM 1277 CPU 1211C STEP 7 (TIA Portal) Beitrags-ID: , 2.0, 02/2017 3

4 Die Kommunikationsmodule CM 1241 RS485 werden über eine PROFIBUS- Leitung miteinander verbunden. Über die Weiterführung der PROFIBUS-Leitung können bis zu 31 weitere MODBUS-Slaves mit dem Master verbunden werden. Die Projektierung erfolgt in STEP 7 (TIA Portal) und der Programmcode wird über den Switch CSM 1277 in die Steuerungen übertragen. 1.2 Anweisungsbibliothek MODBUS ( RTU ) Die erforderlichen Bausteine finden Sie in STEP 7 (TIA Portal) unter den Kommunikationsanweisungen unter "Kommunikationsprozessor" im Ordner "MODBUS ( RTU )": Abbildung 1-2 Beitrags-ID: , 2.0, 02/2017 4

5 1.2.1 Modbus_Comm_Load Für die MODBUS-Kommunikation wird auf beiden Seiten (Master und Slave) der Konfigurationsbaustein Modbus_Comm_Load aufgerufen. Abbildung 1-3 Über den Baustein Modbus_Comm_Load wird das Kommunikationsmodul ausgewählt, die Kommunikationsparameter festgelegt und die Verknüpfung mit dem Master- oder Slaveparametern parametriert. Der Baustein Modbus_Comm_Load muss im ersten Programmzyklus (beispielsweise über das Initialisierungsbit Initial_Call eines zyklischen OBs oder als Aufruf in Anlauf-OB 100) aufgerufen werden. Nach Einfügen des Kommunikationsmoduls in der Hardwarekonfiguration lässt sich der symbolische Name des Kommunikationsmoduls am Parameter PORT auswählen. Die Kommunikationsparameter BAUD (Übertragungsgeschwindigkeit) und PARITY (Parität) müssen für alle Teilnehmer gleich sein. Die Portkonfiguration der RS485- Schnittstelle in der STEP 7 (TIA Portal)-Gerätesicht ist hierbei irrelevant. Am Parameter MB_DB wird der Parameter MB_DB des Instanzdatenbausteins des Master- bzw. Slavebausteins übergeben und so das Kommunikationsmodul (Parameter PORT) als MODBUS-Master oder -Slave definiert. Zusätzlich muss noch in den Instanzdaten des Modbus_Comm_Load der statische Parameter MODE an die Duplex-Betriebsart (vorzugsweise über den Startwert) angepasst werden (0 = Vollduplex (RS232), 1 = Vollduplex (RS422) Vierdraht-Betrieb, 4 = Halbduplex (RS485) Zweidraht-Betrieb). Beitrags-ID: , 2.0, 02/2017 5

6 Abbildung Modbus_Master Mit dem Baustein Modbus_Master definieren Sie das mit dem Konfigurationsbaustein Modbus_Comm_Load gewählte Kommunikationsmodul als MODBUS-Master. Abbildung 1-5 Beitrags-ID: , 2.0, 02/2017 6

7 Über den Baustein Modbus_Master wird der anzusprechende MODBUS-Slave ausgewählt, der Funktionscode gewählt und der lokale Datenbereich festgelegt. Nachstehende Tabelle erläutert die Parameter: Tabelle 1-1 Parameter REQ MB_ADDR MODE DATA_ADDR DATA_LEN DATA_PTR Aktivierung der Kommunikation MODBUS-RTU-Stationsadresse Beschreibung Auswahl der Übertragungsrichtung ("0" = Lesen, "1" = Schreiben, oder zusätzliche Diagnosefunktionen) Angabe der MODBUS-Anfangsadresse Angabe der MODBUS-Datenlänge Definition der lokalen Empfangs- bzw. Sendedatenbereiche des Masters. Der Parameter DATA_PTR muss auf einen globalen Datenbaustein verweisen, bei dem das Attribut "Optimierter Bausteinzugriff" deaktiviert ist. Hinweis Eine ausführliche Beschreibung der Anweisung Modbus_Master finden Sie im Handbuch SIMATIC S Automatisierungssystem Modbus_Slave Mit dem Baustein Modbus_Slave definieren Sie das mit dem Konfigurationsbaustein Modbus_Comm_Load gewählte Kommunikationsmodul als MODBUS-Slave. Abbildung 1-6 Beitrags-ID: , 2.0, 02/2017 7

8 Über den Baustein Modbus_Slave wird die MODBUS-RTU-Stationsadresse festgelegt und der lokale Datenbereich für den Halteregister-Datentransfer bestimmt. Tabelle 1-2 Parameter MB_ADDR MB_HOLD_REG Beschreibung Übergabe der MODBUS-RTU-Stationsadresse Halteregister des Slaves. Der Parameter MB_HOLD_REG muss auf einen globalen Datenbaustein verweisen, bei dem das Attribut "Optimierter Bausteinzugriff" deaktiviert ist. Übergeben Sie am Parameter MB_HOLD_REG ein Array vom Datentyp "Word". Der Größe des Arrays am Parameter "MB_HOLD_REG" muss die vorgegebene Datenmenge des Masters (DATA_ADDR und DATA_PTR) abdecken. Das erste Wort dieses Arrays entspricht der Anfangsadresse des MODBUS- Halteregisters. Hinweis Eine ausführliche Beschreibung der Anweisung Modbus_Slave finden Sie im Handbuch SIMATIC S Automatisierungssystem. Beitrags-ID: , 2.0, 02/2017 8

9 1.3 Beispielprojekt Das abwechselnde Schreiben/Lesen aus den Halteregistern des Slaves wird im Masterprojekt über eine Schrittkette realisiert. Abbildung Modbus_Comm_Load 1 Modbus_Master MODE=1 REQ=1 Modbus_Master.BUSY 2 Modbus_Master.DONE 3 Modbus_Master MODE=0 REQ=1 Modbus_Master.BUSY 4 Modbus_Master.DONE 1. Im Initialisierungsschritt 0 wird der Konfigurationsbaustein Modbus_Comm_Load aufgerufen. 2. Im Schritt 1 werden die zuschreibenden Daten in den DATA_PTR kopiert und der Modbus_Master mit den Kommunikationsparametern fürs Schreiben in den Slave (MODE = 1) aufgerufen und ausgeführt (REQ = 1). Beitrags-ID: , 2.0, 02/2017 9

10 Die Weiterschaltung zum Zwischenschritt 2 erfolgt durch die Ausführungs- Rückmeldung (BUSY) des Modbus_Master s. Die Weiterschaltung zum Schritt 3 erfolgt durch die erfolgreiche Rückmeldung (DONE) des Modbus_Master s. Durch die Weiterschaltung wird die Ausführung des Modbus_Master s zurückgesetzt (REQ = 0). 3. Im Schritt 3 werden die Kommunikationsparameter für das Lesen aus dem Slave (MODE = 0) dem Modbus_Master übergeben. Die Ausführung und Weiterschaltung verläuft äquivalent zum Schritt 1 mit Zwischenschritt 4. Nach erfolgreicher Rückmeldung (DONE) des Modbus_Master s müssen die gelesenen Daten aus dem DATA_PTR gesichert (kopiert) werden. Die Umsetzung einer Aktion (hier das Lesen der Daten aus dem Slave mit Speicherung) zeigt das folgende Bild: Abbildung 1-8 Mit Veränderung des Parameters MB_ADDR über die Variable Tags.modbusMaster.mbAddr (im Netzwerk 7) könnte so auch ein anderer Slave angesprochen werden. Bei eventuell auftretenden Fehlern (ERROR) wird der STATUS in der Variablen Tags.modbus.errorStatus gespeichert. Weitere Informationen zur STATUS-Auswertung erhalten Sie in der TIA-Portal Online-Hilfe über F1. Beitrags-ID: , 2.0, 02/