SiemensMPI協(xié)議解析

摘要：在使用上位機和西門子S7300系列PLC實現(xiàn)自動化過程控制當中，選擇MPI協(xié)議進

行通信時，PLC可以不用編程，并且可讀寫所有數(shù)據(jù)區(qū)，快捷方便。但是西門子公司沒有公

布MPI協(xié)議的格式，用戶假如想使用MPI協(xié)議監(jiān)控，就必須購買其監(jiān)控產(chǎn)品或第三方廠家的

組態(tài)軟件。這樣給用戶自主開發(fā)帶來一定困難，特別是自行開發(fā)的現(xiàn)場設備就不能通過MPI

協(xié)議接入PLC。而采用其它通訊方式也存在編程復雜，簾要購買軟件和授權等局限性。本文

通過數(shù)據(jù)監(jiān)視、采集、分析的方法，解析出了MPI協(xié)議的關鍵報文格式，可用于實現(xiàn)上位機、

現(xiàn)場設備與支持MPI協(xié)議的CPU之間通訊，從而提供了一種高效率低成本的通信方式。

關鍵字：MPI協(xié)議

前言

工業(yè)的現(xiàn)代化，很大限度體現(xiàn)在工業(yè)生產(chǎn)過程的自動化，其中信息的傳輸，數(shù)據(jù)的互換也

成為評價工業(yè)自動化水平高低的標準。網(wǎng)絡通迅方式的多樣化和通迅速率的高速化，使信息

人換領域從設備控制層延伸到公司管理層。信息技術的￡速發(fā)展，促進了自動化系統(tǒng)結構的

變革，以網(wǎng)絡為主干的分布式控制系統(tǒng)已成為當今自動化系統(tǒng)的主流趨勢。因此，網(wǎng)絡通迅

的實時性和可靠性，以及網(wǎng)絡故障的診斷和排除都成為工業(yè)網(wǎng)絡通信關注的焦點。MPI網(wǎng)絡

是西門子工業(yè)控制系統(tǒng)中經(jīng)常用到的一種通迅方式，使用RS485物理接口進行數(shù)據(jù)傳輸。卜

面重要闡述西門子MPI協(xié)議的解析方法以及關鍵報文格式。

MPI協(xié)議概述

MPI協(xié)議，其英文全名為Multi-point-Interface。在PLC之間可組態(tài)為主/主協(xié)議或主/

從辦議.如何操作依賴于設備類型：假如控制站都是S7-300/400系列PLC,那么就建立

主/主連接關系，由于MPI協(xié)議支持多主站通訊，所有的S7-300CPU都可配置為網(wǎng)絡主站,

通過主/主協(xié)議可以實現(xiàn)PLC之間的數(shù)據(jù)互換。假如某些控制站是S7-200系列PLC,則可

以建立主/從連接關系，由于s7-200CPU是從站，用戶可以通過網(wǎng)絡指令實現(xiàn)S7-300

CPU對s7200CPU的數(shù)據(jù)讀寫操作。

分析思緒

西門子Step7V5.4軟件是S7-300系列PLC(涉及ET200S)的開發(fā)工具，上位機通過其PCI插

槽上的通訊卡(CP5613A2)接口以及通訊電纜連接到PLC的編程口上，并且通訊卡接口和

PLC編程口都是RS485接口標準。這說明，PC機事實上是可以通過RS485串口同ET200

CPU(IM15l-7)通訊，只是我們不知道通訊協(xié)議而已。因此，在上位機上運用西門子提供的

PRODAVES7軟件讀寫PLC時，通過監(jiān)視通訊口上的數(shù)據(jù)，我們就有也許分析出通信報文

格式。然后，撤掉西門子通訊卡，直接通過RS485串口向PLC發(fā)送報文來驗證其對的性，并

作進一步的操作。本著這一思想，采用以下環(huán)節(jié)獲得這些報文。

環(huán)節(jié)

硬軟件需求

硬件：串口分支器及通訊電纜，西門子CP5613A2通訊卡,ADVANTECH公司PCI-1601A通

訊卡，西門子ET20OS(IM15I-7CPU以及相關模塊西

軟件:step7v5.4,simalicnet2023edition,prodaves7,serialportmonitor,PCI1601Adriver,

visualC++。

硬件連接如圖1-0

卜待機

Cn5613A2PCI1601A

F.T200S編程口

圖1-0

(1)安裝完相關軟件及驅動程序以后，進行硬件測試以及軟件平臺搭建

(2)串口分支器制作及通訊電纜的連接(附錄A)

(3)運用STEP7V5.4對ET200s組態(tài)以及相關初始化設立(附錄B)

(4)PC"601A通訊卡的測試(附錄C)

(5)串口監(jiān)視軟件設立和測試(附錄D)

(6)PRODAVES7調(diào)試運營(附錄E)

(1)完畢設立和調(diào)試后，打開串口監(jiān)視軟件，并將PLC上電，運營PRODAVES7并在其

中進行各種操作(load、unload、read、write等)時啟動數(shù)據(jù)監(jiān)視,通過比較分

析發(fā)現(xiàn)：

與S7-200不同,ET200s不管出于何種狀態(tài)(run或stop),一經(jīng)上電，就不斷發(fā)出數(shù)據(jù)查找

設備，在讀寫數(shù)據(jù)過程中也不間斷。

連接、讀出、寫入和斷開時檢測到一系列有規(guī)律的數(shù)據(jù)。通過多次監(jiān)測比較分析，可得到相

關操作的數(shù)據(jù)幀格式，初始化設定PLC與上位機的地址分別為02和00；為描述方便，現(xiàn)在

對數(shù)據(jù)幀格式做以下符號約定

SD:(StartDelimiter)開始定界符

LE:(Length)報文長度

LER:(RepeatedLength)反愛數(shù)據(jù)長度

SD:(StartDelimiter)開始定界符

DA:(DestinationAddress)目的地址

SA:(SourceAddress)源地址

FC:(FunctionCode)功能碼

DSAP:(DestinationServiceAccessPoint)目的服務存取點

SSAP:(SourceServiceAccessPoint)源服務存取點

FS:(FrameSequence)幀序列號

UU:(unkownunit)未知操作單元，其數(shù)值通常為固定值

GU:(groupunit)分組單元

DU:(DataUnit)數(shù)據(jù)單元

讀取操作

一次讀操作的環(huán)節(jié)涉及上位機發(fā)出讀命令幀(pc_request_frame_read),PLC作出對的的響應,

并將確認信息幀()返回給上位機，接著反饋回對的的數(shù)據(jù)信息幀

(plc_retum_frame_read)給上位機，上位機接到此幀數(shù)據(jù)，校驗擬定后對PLC做出確認信息

幀(pc_ack_frame_read),這樣完畢一個讀取數(shù)據(jù)的過程。在讀取操作過程中，上位機和PLC

共進行兩次應答。

pc_rcqucst_frame_rcad(0)=68

pc_request_frame_read(I)=IE幀長度校驗，為DA+SA+FC+DSAP+SSAP+FS+GU+DU的

字節(jié)個數(shù)。

pc_request_frame_read(2)=IF反復幀長度，與幀長度校驗記法相同。

pc_request_frame_read(3)=68

DASAFCDSAPSSAPFS各占據(jù)7字節(jié)。

pc_request_frame_read(4)=82數(shù)值上等于目的站地址加上80

pc_request_frame_read(5)=80數(shù)值上等尸源站地址加上80

pc_request_frame_read(6)=5C.7C

pc_rcquest_frame_read(7)=16.15

pc_request_frame_read(8)=02.01

pc_rcqucst_franic_rcad(9)=F1為分界符，其值不變。

pc_request_frame_read(10)=00~FF,幀序號，對相同操作時自加計數(shù)。在應答握手時用

來判斷當前應答幀是否為本請求的應答。

UU占據(jù)6字節(jié)長度，均為固定值

pc_request_frame_read(11)=32

pc_requesl_frame_read(12)=01

pc_request_frame_read(13)=00

pc_request_fraine_read(14)=(X)

pc_request_frame_read(15)=33

pc_rcquest_franic_rcad(16)=02.01

GU占據(jù)6字節(jié)長度，混合讀寫時可以進行操作

pc_request_frame_read(17)=00

pc_request_frame_read(18)=()E

pc_request_frame_read(19)=00

pc_rcqucst_frame_rcad(20)=(X)

pc_request_frame_read(21)=04

pc_rcqucst_framc_rcad(22)

單一讀寫時pc_request_frame_read(22)=01,其他不變化；

混合讀寫時pc」equest_frame_read(22)為其他值。

DU單兀占據(jù)12/節(jié)長度從pc_request_frame_read(23)到pc_request_frame_read(26)

這4字節(jié)為固定數(shù)值

pc_request_frame_read(23)=12

pc_request_frame_read(24)=0A

pc_rcquest_frame_read(25)=1()

pc_request_frame_read(26)=02

pc_request_frarne_read(27)和pc_requcst_frame_rezd(28)這2字節(jié)共同表達讀取的數(shù)據(jù)

個數(shù)，當讀取的存儲區(qū)是I、Q、M、DB時表達字節(jié)個數(shù)，當存儲區(qū)是C.T時表達讀取的

計數(shù)器或定期器的個數(shù)。

假如讀取兩個字節(jié)，則為：

pc_rcquest_frame_read(27)=00

pc_requesl_frame_read(28)=02

假如讀取一個計數(shù)器或者定期器，則為：

pc_request_frame_read(27)=00

pc_rcquest_frame_read(28)=01

pc_request_frame_read(29)spc_request_frame_read[30)共同表達要操作的DB號，假如

讀取其他區(qū)，則兩者分別為0000。

pc_request_frame_read(31)IQMDBCT

表達存儲區(qū)類型，具體參

考表1-1

存儲區(qū)

標示符818283841C1D

表1-1

pc_rcqucst_framc_rcad(32)

pc_request_frame_read(33)

pc_rcquest_frame_read(34)共同表達操作的起始地址，對『I、Q、M、DB存儲區(qū)按照bit

計算，對C、T存儲區(qū)按照其個數(shù)計算。

若讀取DB1B1時則依次為

pc_requesl_frame_read(32)=00

pc_request_frame_read(33)=00

pc_rcquest_framc_rcad(34)=08

若讀取Cl或T1時則為

pc_rcquest_frame_read(32)=00

pc_requesl_frame_read(33)=OO

pc_rcquest_franie_read(34)=01

pc_request_frame_read(35)是幀校驗碼，采用和取余算法：

(DA+SA+FC+DSAP+SSAP+FC+UU+GU+DU)mod16#100

pc_request_frame_read(36)>pc_requesl_frame_read(37)是結束符，為固定值，分別等于16

E5o

PLC接受到請求命令FS

(pc_request_frame_read)

時，確認后返回一個數(shù)據(jù)

幀表達回應，占據(jù)15字節(jié)

LELERSDDASAFCDASPSSAPUUFCSEND

長度，記作

plc_ack_framc_rcad(15),

格式如下：

SD

SDLELERSD

plc_ack_frame_read(0)=68

plc_ack_frame_read(1)=08

plc_ack_framc_rcad(2)=08

plc_ack_frame_read(3)=68

DA.SA

plc_ack_frame_read(4)=80

plc_ack_framc_rcad(5)=82

FC

plc_ack_frame_read(6)=7C5C

DSAP>SSAP

plc_ack_frame_read(7)=02

plc_ack_frame_read(8)=16

UU

plc_ack_frame_rcad(9)=B0

plc_ack_frame_read(10尸0【

FS

plc_ack_fiame_iead(11)

幀序號，和pc_requesi_frame_read(10)保持一致。

FCS

plc_ack_frame_read(12)

幀校驗，等于(DA+SA+FC+DSSAP+SSAP+UU+FS+FCS)mod16#100

END

plc_ack_frame_read(13)=16

plc_ack_frame_read(14)=E5

在發(fā)送完響應數(shù)據(jù)FUG

幀SUU

(plc_ack_frame_re

ad)后PLC接著給

上位機反饋其所要

LLESDSFDASSDFCEN

讀取的數(shù)據(jù)信息幀

ERDAACSPAPUSD

(plc_retum_frame_

read),其長度因讀

取字節(jié)個數(shù)而長短

不定，格式如下：

SD

SDLELERSD

plc_rcturn_framc_rcad(0)=68

plc_retum_frame_read(1)

plc_return_frame_read(2)

plc_retum_frame_read(3)=68

DASAFCDSAPSSAPFS各占一個字節(jié)

plc_retiim_frame_read(4)=80

plc_return_frame_read(5)=82

plc_rcturn_framc_rcad(6)=5C

plc_retum_frame_read(7)=6

plc_return_frame_read(8)=02

plc_return_frame」ead(9)分界符，為固定值Fl

plc_return_frame_read(10),與plc_ack_frame(11)保持一致。

UU占據(jù)8個字節(jié)長度，均為固定值

plc_retuni_frame_read(11)=32

plc_return_frame_read(12)=03

plc_return_frame_read(13)=(X)

plc_retum_frame_read(14)=00

plc_rcturn_framc_rcad(15)=33

plc_return_frame_read(16)=02

plc_rcturn_franic_rcad(17)=00

plc_return_frame_read(18)=02

GU占據(jù)6字節(jié)長度

plc_retum_frame_read(19)=00

plc_return_frame_read(20)

等于讀取的自己個數(shù)加4,假如讀取一個字節(jié)時為05

plc_return_frame_read(21)=00

plc_retum_frame_read(22)=00

plc_retum_frame_read(23)=04

plc_rcturn_fraine_read(24)

單一讀取時為01,分組讀取時為其他值。

DU占據(jù)(4+pc_rcqucst_frame_rcad(27)+pc_rcquest_franic_rcad(28))字節(jié)長度

plc_return_frame_read(25)=FF

plc_rcturn_frame_read(26)=04

plc_relum_frame_read(27),plc_retum_frame_read(28)共同表達返回所讀取的數(shù)據(jù)位數(shù)，按照

bil計算；假如讀取了一個字節(jié)，則他們分別為00、08。

PLC返回所要讀取的數(shù)據(jù)，按照從低地址到高地址的順序依次存放。

plc_retum_frame_read(29)

plc_return_frame_read(30)

plc_return_frame_read(n)

n=28+讀取的字節(jié)數(shù)

plc_return_frame_read(n+1)^JFCS,采用和取余校驗。

END

plc_return_frame_read(n+2)=16

plc_rcturn_framc_rcad(n+3)=E5

上位機在接受到數(shù)據(jù)通過確認以后向PLC發(fā)送一個確認幀（pc_ack_frame」ead），一共15

字節(jié)長度，記作pc_ack_framc_rcad(15)。

格FS

式

如LELERSDDASAFCDASPSSAPuuFCSED

下：

SD

SDLELERSD

pc_ack_frame_read(0)=68

pc_ack_frame_read(1)=08

pc_ack_framc_rcad(2)=08

pc_ack_frame_read(3)=68

DASA

pc_ack_frame_read(4)二82

pc_ack_framc_rcad(5)=80

FC

pc_ack_frame_read(6)=5C

DSAPSSAP

pc_ack_frame_read(7)=16

pc_ack_frame_read(8)=02

UU

pc_ack_framc_rcad(9)=B0

pc_ack_frame_read(10)=07

FS

pc_ack_frarne_read(II)和plc_return_frame(10)保持一致

FCS

pc_ack_frarne_read(12)

采用求和取余校驗算法,等于(DA+SA+FC+DSSAP+SSAP+UU+FS)mod16#100

END

pc_ack_frame_read(13)=16

pc_ack_frame_read(14)=E5

讀數(shù)據(jù)過程完畢。

寫入操作

一次完整的寫入操作環(huán)節(jié)涉及：一方面上位機發(fā)出寫命令信息幀(pc_requesl_frame_write),

PLC接受以后判斷，若對的，則做出響應，并將確認信息(plc_ack_frame_write)幀返回給上

位機，并反饋回對的的數(shù)據(jù)(plc_return_frame_write)幀給上位機，上位機接到此幀數(shù)據(jù)，校

驗對的后對PLC做卻確認信息(pc_ack_frame_write),這樣就完畢一個讀取數(shù)據(jù)的過程。

在讀取操作過程中，上位機和PLC共進行兩次應答。

寫入時上位機的請求幀F(xiàn)SUUGU

LELERSDDASAFCDASPSSAPDUFCSEN：

(pc_requcst_frame_write)

所占據(jù)字節(jié)長度不擬定，

跟寫入的數(shù)據(jù)個數(shù)有關。記

作pc_request_frame_write

(),格式如下：

SD

SDLELERSD

pc_request_fraine_write(0)=68

pc_request_frame_write(1)pc_request_frame_write(2)寫入一個字節(jié)時為24,寫入兩個字

節(jié)時為25…

pc_request_frame_write(3)=68

DASAFCDSAPSSAPFS

pc_request_frame_write(4)=82

pc_request_frame_wnte(5)=80

pc_request_frame_write(6)=5C

pc_request_frame_write(7)=16

pc_rcqucst_framc_writc(8)=02

pc_request_frame_write(9)=F1

pc_rcqucst_franic_writc(10)為幀序號，從00到FF

UU占據(jù)6字節(jié)長度

pc_request_frame_write(11)=32

pc_request_frame_write(12)=01

pc_request_frame_wnte(13)=00

pc_rcqucst_frame_writc(14)=00

pc_request_frame_write(15)=43

pc_rcquest_frame_write(16)=02

GU占據(jù)6字節(jié)長度

pc_rcqucst_franic_writc(17)=00

pc_request_frame_write(18)=0E

pc_request_frame_write(19)、pc_request_frame_write(20)共同表達寫入的字節(jié)個數(shù)加4。

假如要寫入2個字節(jié)，則依次為00、06。

pc_request_frame_write(21)=05

pc_request_frame_write(22)=01

DU占據(jù)的長度和要寫入的字節(jié)個數(shù)有關，其長度為

(16+pc_request_frame_write(21)+pc_request_frame_write(22)-4)個字節(jié),置復位操作

按照一個字節(jié)計算。

pc_request_frame_write(23)=12

pc_request_fraine_write(24)=0A

pc_request_frame_write(25)=10

pc_request_frame_write(26)與存儲區(qū)有關，當寫C區(qū)時，為IC,M區(qū)置復位時為01,寫其

他存儲區(qū)為02

pc_rcqucst_framc_writc(27)=00

pc_request_frame_write(28)=01

pc_reques(_frame_write(29)、pc_request_fianie_write(30)共同衣這所要寫入的DB號，寫

其他存儲區(qū)時，為0000.注意I區(qū)和T區(qū)不能進行寫操作。

pc_request_frame_writeQMDBC

(31)表達存儲區(qū)類

型，參考表1-2

存儲區(qū)

標示符8283841C

表1-2

pc_request_frame_wrile(32)

pc_rcqucst_franic_writc(33)

pc_request_frame_write(34)

以上三個字節(jié)表達要寫入的起始地址。對于C區(qū)，則為起始計數(shù)器的編號，若對C2寫入，則

依次為000002。對其他區(qū)寫操作時則表達起始位地址，假如要寫DB1B1,則依次為00、00、

08o

pc_request_frame_write(35)、pc_request_frame_write(36)與存儲區(qū)有關，寫入C區(qū)時依次

為0()09,置復位操作時依次為()003,寫入其他區(qū)(涉及對'M區(qū)寫入字節(jié))是依次為00、

04<>

pc_requcst_frame_write(37)、pc_request_frame_write(38)共同表達寫入的數(shù)據(jù)量，與存儲

區(qū)類型有關。寫C區(qū)時表達寫入的字節(jié)個數(shù)，例如對一個計數(shù)器進行寫操作，則其值依次為

00、02；寫其他存儲區(qū)區(qū)時表達要寫入的數(shù)據(jù)位數(shù)，按照bit計算，若寫DB1B0,則依次為00、

08o

pc_request_frame_write(39)

pc_rcquest_frame_write(4())

pc_request_frame_write(41)

pc_request_frame_write(n)

以上若干字節(jié)表達要寫入的數(shù)據(jù)，按照低地址到高地址的順序排列,其中對C區(qū)進行寫操作

時，數(shù)據(jù)表達為BCD碼，對其他其他存儲區(qū)寫入時，數(shù)據(jù)均為十六進制格式表達。

n=38+pc_request_frame_\^rite(19)+pc_request_frame_write(20)-4)?

pc_request_frame_write(n+1)為FCS,采用求和取余算法，等于

(DA+SA+FC+DSAP4SSAP+FS+UU+GU+DU)mod16#100

END

pc_rcqucst_frame_writc(n+2)=16

pc_request_frame_write(n+3)=E5

PLC在接受到請求數(shù)據(jù)幀確認后，返回確認信息幀(plc_ack_frame_write)

占據(jù)LELERSDDASAFCDASPSSAPUUFSFCSED

15

字節(jié)

長

度，

格式

如

下：

SD

SDLELERSD

plc_ack_frame_write(0)=68

plc_ack_frame_write(1)=08

plc_ack_frame_wri(e(2)=08

plc_ack_frame_write(3)=68

DASAFCDSAPSSAP

plc_ack_frame_write(4)=80

plc_ack_frame_write(5)=82

plc_ack_frame_write(6)=5C

plc_ack_framc_writc(7)=02

plc_ack_frame_write(8)=16

UU

plc_ack_frame_write(9)=B0

plc_ack_frame_write(10)=01

FS

plc_ack_frame_write(11)與pc_request_frame_write(10)保持一致。

FCS

plc_ack_frame_write（12），采用求和取余校驗算法。

END

plc_ack_frame_write(13)=16

plc_ack_frame_write(14)=E5

plc_return_frame_write幀格式

SDLELERSDDASAFCDASPSSAPFSUUFCSED

記作plc_re(urn_frame_write(29)

SDLELERSD

plc_return_frame_write(0)=68

plc_return_frame_write(1)=16

plc_return_frame_write(2)=16

plc_return_frame_write(3)=68

DASAFCDSAPSSAPFS

plc_retum_frame_write(4)=80

pic_retum_firame_write(5)=82

plc_retum_frame_wri(e(6)=7C

plc_rcturn_framc_write(7)=02

plc_retum_frame_write(8)=16

plc_return_frame_write(9)=F1

plc_return_frame_write(10),FS,f^Jplc_ack_frame_write(11)保持一致。

UU占據(jù)15字節(jié)長度

plc_rcturn_frainc_writc(II)=32

plcreturnframewrite(12)=03

plc_rcturn_franic_write(13)=00

plc_retum_frame_write(14)=00

plc_return_franie_write(15)=43

plc_return_frame_write(16),fUpc_request_frame_write(16)保持一致。

plc_return_frame_write(17)=00

plc_retum_frame_write(18)=02

plc_return_frame_write(19)=00

plc_return_frame_write(20)=01

plc_retum_frame_write(21)=00

plc_re