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西門子CPUST60通訊模塊

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串口引腳定義及協(xié)議說明

串口通訊，又經(jīng)常被稱為點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通訊或者PtP通訊，是工業(yè)設(shè)備中的一種非常通用的通訊方式，常用于獲取相對(duì)遠(yuǎn)程采集設(shè)備的數(shù)據(jù)。

串行通信，通常利用RS232C或者RS485電氣接口，實(shí)現(xiàn)ASCII碼或者M(jìn)odbus通訊；其特點(diǎn)是通信線路簡單，成本較低，用于解決不同廠商產(chǎn)品之間節(jié)點(diǎn)少、數(shù)據(jù)量小、通訊速率低、實(shí)時(shí)性要求不高的場合，如過程儀表、變頻器、連接掃描儀、條碼閱讀器等帶有串行通訊接口的設(shè)備，CP卡加載通訊協(xié)議后，還可以和支持Modbus協(xié)議的現(xiàn)場儀表通訊。

為了實(shí)現(xiàn)設(shè)備相互通訊，通訊雙方的通訊接口和通訊協(xié)議要*，基本的串行通訊的數(shù)據(jù)幀格式和波特率也要匹配。

西門子串行通訊支持的數(shù)據(jù)幀格式：

• 起始位：1位；
• 數(shù)據(jù)位：7/8位；
• 校驗(yàn)位：1位奇/偶校驗(yàn)位，或者沒有校驗(yàn)位；
• 停止位：1/2位。

凡是符合這些格式的串行通信設(shè)備，理論上都可以相互通信。

支持的通訊接口

常用的串行數(shù)據(jù)接口有:RS232C 和 RS485/422。RS-232C、RS-422/485 標(biāo)準(zhǔn)只對(duì)接口的電氣特性做出規(guī)定，而不涉及接插件、電纜或協(xié)議，在此基礎(chǔ)上用戶可以建立自己的高層通信協(xié)議。

注意： 接口和協(xié)議是兩個(gè)概念。

RS232C接口

RS-232C 是低速率的單端串行通訊，RS-232C 采取不平衡傳輸方式，即所謂單端通訊。

1.RS232C 通訊接口特點(diǎn)

• RS-232采取不平衡傳輸方式，其收、發(fā)端的數(shù)據(jù)信號(hào)是相對(duì)于信號(hào)地，抗共模干擾能力差；
• 近距離通訊，大通信距離15m；
• 只能用于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)（即一對(duì)收/發(fā)設(shè)備）通訊。

2. RS232C 接口定義

RS232C并未定義連接器的物理特性，不同類型的連接器引腳定義也各不相同，其中9針和25針的引腳定義對(duì)照，如圖 1 所示。

圖1 RS232C 串口管腳定義

為簡單且常用的是三線制接法，即Txd，Rxd和地線三根，如上圖中紅色（2，3）和紫色（5）三個(gè)針腳。

RS422/485 接口

RS-422/485 改進(jìn) RS-232 通信距離短、速率低的缺點(diǎn)。

1.RS422/485接口特點(diǎn)

• RS-422、RS-485與RS-232不一樣，數(shù)據(jù)信號(hào)采用差分傳輸方式，也稱作平衡傳輸；
• 平衡傳輸抗干擾能力更強(qiáng)，使傳輸距離更遠(yuǎn)，通訊距離長1200米；
• 可以連接多個(gè)設(shè)備，RS422總線可支持10個(gè)節(jié)點(diǎn)（單機(jī)發(fā)送、多機(jī)接收的單向傳輸），RS485可支持32個(gè)節(jié)點(diǎn)（多點(diǎn)、雙向通訊能力）；
• 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湟话悴捎媒K端匹配的總線型結(jié)構(gòu)，不支持星型或樹形；
• 傳輸距離超過50米，需要在兩端加終端電阻330歐姆（推薦用LIYCY電纜）；

2.RS422/485接口定義

RS422/485 的端口有9針、15針，CP340/341/440/441的接口是15針，如圖 2 所示。

圖2 RS422/485 串口管腳定義

常用支持協(xié)議

常用的協(xié)議類型

• ASCII 協(xié)議，又稱自由口
• Modbus 協(xié)議

ASCII 協(xié)議

ASCII 協(xié)議通過通訊處理器和通訊伙伴之間的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接控制數(shù)據(jù)傳輸。

由于消息的結(jié)構(gòu)*由用戶定義，用戶可以以 ASCII 協(xié)議為基礎(chǔ)開發(fā)自己的消息。在接收方只需要定義接收消息的結(jié)束方式，發(fā)送接收雙方協(xié)商*。

ASCII 驅(qū)動(dòng)程序允許發(fā)送和接收任何結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)（所有可打印的 ASCII 碼表字符符以及從 00 到 FFH [帶有 8 個(gè)數(shù)據(jù)位字符幀] 的所有其它字符或從 00 到 7FH [帶有 7 個(gè)數(shù)據(jù)位字符幀]的所有其它字符）。

ASCII協(xié)議適用于與支持串行通信的智能儀表、條形碼閱讀器、掃描儀、打印機(jī)等設(shè)備進(jìn)行通訊。

MODBUS 協(xié)議

MODBUS RTU 通信協(xié)議是以主從的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)模鲃?dòng)方發(fā)送請(qǐng)求，被動(dòng)方響應(yīng)請(qǐng)求，應(yīng)答的方式。

在傳輸?shù)倪^程中主站是主動(dòng)方，即主站發(fā)送數(shù)據(jù)請(qǐng)求報(bào)文到從站；從站是被動(dòng)方，即如果正常從站返回正常響應(yīng)報(bào)文，如果故障從站返回異常響應(yīng)報(bào)文，如圖 3 所示。

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圖3 MODBUS 請(qǐng)求響應(yīng)報(bào)文格式

MODBUS 系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)交換需要通過功能代碼（Function Code）來控制的，具體分以下兩類。

有些功能碼是對(duì)位操作的，通信的用戶數(shù)據(jù)是以位為單位的：

• FC01讀輸出位的狀態(tài)；
• FC02讀輸入位的狀態(tài)；
• FC05寫單個(gè)輸出位；
• FC15寫多個(gè)輸出位。

有些功能碼是對(duì)16位寄存器操作的，通信的用戶數(shù)據(jù)是以字為單位的：

• FC03讀輸出寄存器；
• FC04讀輸入寄存器；
• FC06寫單個(gè)輸出寄存器；
• FC16寫多個(gè)輸出寄存器。

這些功能碼是對(duì)四個(gè)數(shù)據(jù)區(qū)位輸入、位輸出、寄存器輸入、寄存器輸出進(jìn)行訪問的，如圖 4 所示。

圖4 訪問的數(shù)據(jù)區(qū)

Modbus地址由起始的數(shù)據(jù)類型代號(hào)和地址偏移量組成。功能碼決定對(duì)Modbus地址進(jìn)行操作類型，其可根據(jù)需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)類型和個(gè)數(shù)來決定，如圖 5 所示。

圖5 MODBUS 地址對(duì)應(yīng)關(guān)系

注意：在傳輸消息楨中，用戶使用的地址是0為基準(zhǔn)，而對(duì)應(yīng)的Modbus地址是1為基準(zhǔn)，如FC16功能碼時(shí)以16進(jìn)制的0000為起始地址，對(duì)應(yīng)的寄存器是從40001開始。

MODBUS RTU 傳輸模式：消息楨中的每個(gè)8位分成2個(gè)4位16進(jìn)制的字符。

每個(gè)字符幀格式（11位），如圖 6 所示。

圖6 字符幀格式

注意：如果無奇偶校驗(yàn)位，停止位是2位。

消息幀格式，如圖 7 所示。

圖7 消息幀格式

RS232C 接口

1.接口定義

CP340/341集成 RS 232C 口和 RS 232C 接口子模塊的前面板上 9 針 Sub-D 型公連接器的針腳分配，如圖 1 所示。

圖1 RS232C 9 針 Sub-D 型針頭公連接器的針腳圖

2.電纜連接

RS232C電纜連接：9針對(duì)9針連接示意圖，如圖 2 所示。

圖2 RS232C電纜連接 9針對(duì)9針

常用的是三線制接法，如圖 3 所示。

圖3 RS232C 常用三線制

RS422/485 接口

1.接口定義

CP340/341/440 集成 RS422/485 口和 RS422/485 接口子模塊的前面板上 15 針 Sub-D 型孔頭連接器的針腳分配，如圖 4 所示。

圖4 RS422/485 接口 15 針 Sub-D 型孔頭連接器的針腳圖

2.電纜連接

RS422 接口電纜連接，如圖 5 所示。

圖5 RS422接口電纜連接圖

RS485 接口電纜連接，如圖 6 所示。

圖6 RS485接口電纜連接圖

注意：1）如果電纜長度超過50米，則必須在接收方上焊接一個(gè)約 330 ohm的終端電阻，以確保數(shù)據(jù)傳輸暢通無阻。

接線及拓?fù)涑Ｒ妴栴}

 RS422/485接口，按照 RS485 方式接線，是否需要外部短接2和4，9和11？

組態(tài)選擇成 RS485 方式，內(nèi)部已經(jīng)短接2和4，9和11，不需要外部短接線，直接接4-，11+即可。

 RS422/485 接口的 15針的Sub-D 型頭是孔，還是針？

是孔，即母頭。

 西門子是否用于RS485接口（15針）的通訊電纜？

無此種電纜，需要客戶自行購買15針D型頭，自己焊接4和11，按照?qǐng)D4連接。

 RS485方式通訊，一對(duì)多站點(diǎn)時(shí)，應(yīng)采用那種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)？

網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湟话悴捎媒K端匹配的總線型結(jié)構(gòu)，不支持星型或樹形。

 RS485方式做Modbus RTU主站，可以帶多少個(gè)從站？

理論上一個(gè)網(wǎng)段可以帶31個(gè)從站，如果超出31個(gè)，可以考慮增加RS485中繼器（西門子無適用于串口通信的中繼器，需選購第三方設(shè)備），加一個(gè)中繼器可以再增加31個(gè)從站。

但是實(shí)際上由于串口通信是一個(gè)一個(gè)站點(diǎn)的輪詢操作，站點(diǎn)增加即輪詢一周的時(shí)間也會(huì)增大。

因此需要考慮工藝上需求是否能夠滿足。

通常來說，對(duì)于各站點(diǎn)的只讀操作（僅用于數(shù)據(jù)監(jiān)測），對(duì)時(shí)間要求較低的工藝，站點(diǎn)數(shù)量可以適量增加。

而對(duì)于寫操作，或讀寫操作的多站點(diǎn)通信，不推薦使用串口通信，建議采用Profibus總線或Profinet總線通信。

 CP341的RS422/485模塊，按照 RS485 方式通訊，實(shí)際未接外部線纜，僅硬件組態(tài)下載，模塊的SF燈亮？

檢查參數(shù)是否配置；硬件組態(tài)中的接口選項(xiàng)是否改成RS485（默認(rèn)的是RS422，會(huì)斷線檢測，未接線報(bào)故障），如圖 7 所示；模塊是否故障。

圖7 CP341 參數(shù)中接口設(shè)置

 怎么構(gòu)建一個(gè)RS422/485的Modbus 主站帶從站多點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)？

多點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)接線圖如下：

圖8 RS422多點(diǎn)接線圖

圖9 RS485多點(diǎn)接線圖

調(diào)試接口

1   USB接口(下圖紅框)位于CU單元的中部，是G120調(diào)試的通用接口。

2 PROFIBUS DP通訊接口（見下圖紅框），適用于有PROFIBUS DP通訊的CU單元。
通過DP接口可以連接變頻器，用于調(diào)試。

3 PROFINET通訊接口，適用于有PROFINET通訊的CU單元。
通過PN接口可以連接變頻器，用于調(diào)試。

4 通過路由方式也可以實(shí)現(xiàn)跨網(wǎng)絡(luò)訪問。

HW_ANY	WORD	任何硬件組件（如模塊）的標(biāo)識(shí)。
HW_DEVICE	HW_ANY	DP 從站/PROFINET IO 設(shè)備的標(biāo)識(shí)
HW_DPSLAVE	HW_DEVICE	DP 從站的標(biāo)識(shí)
HW_IO	HW_ANY	CPU 或接口的標(biāo)識(shí)號(hào) 該編號(hào)在 CPU 或硬件配置接口的屬性中自動(dòng)分配和存儲(chǔ)。
HW_IOSYSTEM	HW_ANY	PN/IO 系統(tǒng)或 DP 主站系統(tǒng)的標(biāo)識(shí)
HW_SUBMODULE	HW_IO	重要硬件組件的標(biāo)識(shí)
HW_INTERFACE	HW_SUBMODULE	接口組件的標(biāo)識(shí)
HW_IEPORT	HW_SUBMODULE	端口的標(biāo)識(shí) (PN/IO)
HW_HSC	HW_SUBMODULE	高速計(jì)數(shù)器的標(biāo)識(shí) 此數(shù)據(jù)類型用于“CTRL_HSC”和“CTRL_HSC_EXT”指令。
HW_PWM	HW_SUBMODULE	脈沖寬度調(diào)制標(biāo)識(shí) 例如，此數(shù)據(jù)類型用于“CTRL_PWM”指令。
HW_PTO	HW_SUBMODULE	脈沖編碼器標(biāo)識(shí) 該數(shù)據(jù)類型用于運(yùn)動(dòng)控制。
AOM_IDENT	DWORD	AS 運(yùn)行系統(tǒng)中對(duì)象的標(biāo)識(shí)
EVENT_ANY	AOM_IDENT	用于標(biāo)識(shí)任意事件
EVENT_ATT	EVENT_ANY	用于動(dòng)態(tài)分配給 OB 的事件。 例如，此數(shù)據(jù)類型用于“ATTACH”和“DETACH”指令。
EVENT_HWINT	EVENT_ATT	用于硬件中斷事件
OB_ANY	INT	用于任意組織塊。
OB_DELAY	OB_ANY	用于發(fā)生延時(shí)中斷時(shí)調(diào)用的組織塊。 例如，此數(shù)據(jù)類型用于“SRT_DINT”和“CAN_DINT”指令。
OB_TOD	OB_ANY	時(shí)間中斷 OB 的數(shù)量。 例如，此數(shù)據(jù)類型用于“SET_TINT”、“CAN_TINT”、“ACT_TINT”和“QRY_TINT”指令。
OB_CYCLIC	OB_ANY	用于發(fā)生看門狗中斷時(shí)調(diào)用的組織塊。
OB_ATT	OB_ANY	用于動(dòng)態(tài)分配給事件的組織塊。 例如，此數(shù)據(jù)類型用于“ATTACH”和“DETACH”指令。
OB_PCYCLE	OB_ANY	用于分配給“循環(huán)程序”事件類別事件的組織塊。
OB_HWINT	OB_ATT	用于發(fā)生硬件中斷時(shí)調(diào)用的組織塊。
OB_DIAG	OB_ANY	用于發(fā)生診斷中斷時(shí)調(diào)用的組織塊。
OB_TIMEERROR	OB_ANY