西門(mén)子PLC S7-200的擴(kuò)展

李學(xué)仁 趙海洲 尹樹(shù)君

（北華大學(xué) 電氣信息工程學(xué)院，吉林 吉林 132021）

0 引言

S7-200系列PLC是Siemens公司推出的一種小型PLC。7-200中的CPU226具有20k程序存儲(chǔ)空間10k數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間，6路獨(dú)立的30kHz單相高速計(jì)算器，2路獨(dú)立的20kHz高速脈沖輸出（DC）,2個(gè)RS485通信接口，具有PPI通信協(xié)議﹑MPI通信協(xié)議和自由方式通信協(xié)議。其中，自由口通信方式是CPU226一個(gè)很有特色的功能，可以很好的與其他設(shè)備﹑控制器進(jìn)行通信，（ASCII協(xié)議﹑Modbus協(xié)議等等）[1]。

研華ADAM4000系列遠(yuǎn)程I/O模塊性能可靠，可廣泛應(yīng)用于多種工業(yè)控制場(chǎng)合。ADAM4000系列包括模擬量輸入輸出模塊（4051）﹑數(shù)字量輸入輸出模塊（4017+）。采用RS-485通信協(xié)議方式，支持Modbus通信協(xié)議，系統(tǒng)所有模塊只需要一條通信線(xiàn)即可連接，具有高通信速率﹑高采樣分辨率﹑智能化﹑光電隔離﹑強(qiáng)抗干擾等特點(diǎn)。軟件開(kāi)發(fā)也較容易。

S7-200PLC由一個(gè)獨(dú)立的S7-200CPU和各種可選擇的擴(kuò)展模塊組成?？梢愿鶕?jù)系統(tǒng)的復(fù)雜程度來(lái)組成不同的控制器。但一個(gè)CPU226最多只能擴(kuò)展7個(gè)模塊在使用中發(fā)現(xiàn)能采集的數(shù)字量I/O口數(shù)量偏少，模擬量I/O口數(shù)量最多為35路，在有些系統(tǒng)中不能滿(mǎn)足需要，如果采用S7-300PLC系統(tǒng)則工程造價(jià)會(huì)成倍提高。因而我們采用了研華4000模塊擴(kuò)展西門(mén)子S7-200I/O模塊的方法。以S7-200系列CPU226（單價(jià)1500左右）跟S7-300系列CPU314（單價(jià)3000左右）比較[2]，研華4000系列每路AI/DI的價(jià)格約為110元，在A(yíng)I/AO、DI/DO點(diǎn)數(shù)較多的情況下，使用研華4000系列模塊可顯著降低成本。

1 硬件設(shè)計(jì)

采用 4017+、4051擴(kuò)展 CPU-226的 AI、DI模塊。 4017+是 16位A/D8通道的模擬量輸入模塊，可以采集電壓、電流、溫度等模擬量輸入信號(hào)。ADAM模塊支持Modbus協(xié)議。各通道可獨(dú)立設(shè)置其輸入范圍，而且它的模擬量輸入通道和模塊之間還提供了3000V的電壓隔離，這樣就有效地防止模塊在受到高壓沖擊時(shí)而損壞。4051是一款16路數(shù)字量輸入模塊，帶有3000VDC光隔離保護(hù)，可用于一些嚴(yán)格的應(yīng)用。與其它模塊不同，4051可接受10～50V的輸入電壓，適用于各種數(shù)字量信號(hào)，如12VDC、24VDC或48VDC。因此將ADAM4000系列作為CPU226的擴(kuò)展模塊，具有可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、精度高，利用Modbus通信協(xié)議及RS-485總線(xiàn)連接簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。因此系統(tǒng)的檢測(cè)端口完全可以滿(mǎn)足可靠性和實(shí)時(shí)性方面的要求，其與PC機(jī)連接方法如圖 1所示，在本例中，用 PC 機(jī)將 4017+、4051模塊的地址（2、3）、波特率（19.2kHz）、通信協(xié)議(Modbus)、模擬量檢測(cè)信號(hào)類(lèi)型(0～20mA)設(shè)置好。與CPU226連接方法如圖2所示。

圖1 PC機(jī)與ADAM4000連接

圖2 CPU226與ADAM4000連接

2 軟件編程

在硬件組態(tài)完成以后，主要工作就是PLC與4017+、4051通信程序的編程了。7-200編程軟件中自帶有Modbus通信協(xié)議的庫(kù)程序MBUS_CTRL指令與MBUS_MSG指令。具體的主程序框圖如圖3所示。

圖3 主程序框圖

設(shè)置Port0的工作方式為自由工作方式，波特率19.2kHz。將所需用的寄存器清零，同時(shí)給定子程序使能信號(hào)端。根據(jù)實(shí)際情況設(shè)置好子程序模塊參數(shù)。

MBUS_CTRL 指令[3]中 EN：指令使能位；Mode：模式參數(shù)；Baud：波特率參數(shù)；Parety：奇偶效驗(yàn)參數(shù)；Timeout：超時(shí)參數(shù)；Done：MBUS_CTRL指令成功完成時(shí)輸出1，否則為0；Error：錯(cuò)誤輸出代碼。MBUS_MSG 指令中 EN：指令使能位；First：首次參數(shù)；Slave：從站參數(shù)；RW：讀寫(xiě)參數(shù)；Addr：地址參數(shù)，是起始的Modbus地址，00001至09999是離散輸出（線(xiàn)圈）、10001至19999是離散輸入（觸點(diǎn)）、30001至39999是輸入寄存器、40001至49999是保持寄存器；Count：計(jì)數(shù)參數(shù)；DataPtr：DataPtr參數(shù)；Done：完成輸出；Error：錯(cuò)誤輸出。

在本例中MBUS_CTRL指令與MBUS_MSG指令設(shè)置如圖4所示。

圖4 指令參數(shù)設(shè)置

系統(tǒng)中如有多個(gè)擴(kuò)展模塊則每一個(gè)擴(kuò)展模塊都必須具備自己的模塊地址，且具備有數(shù)據(jù)存放的指針地址，這些地址不能重復(fù)。模塊與模塊之間要有相對(duì)應(yīng)的抑制關(guān)系，不能同時(shí)對(duì)兩個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行讀寫(xiě)。如圖5所示。

圖5 模塊之間的關(guān)系

3 結(jié)束語(yǔ)

本文探討了用研華ADAM4017+與4051擴(kuò)展S7-226模擬量輸入模塊與數(shù)字量輸入模塊的方法。實(shí)踐證明，本方式完全滿(mǎn)足了此系統(tǒng)在實(shí)時(shí)性、可靠性、經(jīng)濟(jì)性、靈活性上的要求，節(jié)約了生產(chǎn)成本。PLC和研華ADAM4000模塊硬件連接和軟件編程的優(yōu)點(diǎn)，可將4000模塊與PLC集成應(yīng)用于各中小型控制系統(tǒng)。

［1］黃芹,呂春華.跟我動(dòng)手學(xué)西門(mén)子 S7-200 PLC[M].北京：中國(guó)電力出版社,2012,11.

［2］廖常初.跟我學(xué) S7-300/400 PLC[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版,2010,9.

［3］崔堅(jiān),李佳.西門(mén)子工業(yè)網(wǎng)絡(luò)通信指南[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2004,9.