西门子6ES7231-7PF22-0XA0产品信息

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在使用西门子S7-200时，在不增加其它通讯接口模块时，紫金桥软件可以通讯PPI协议与S7-200直接通讯。但这种通讯方式由于受通讯协议本身限制，在通讯数据较多时，通讯速度相对较慢，使用Modbus协议则通讯速度可以提高约一倍。下面就介绍一下怎么使用Modbus协议建立S7-200与紫金桥软件之间的通讯：

在使用Modbus协议时，计算机与S7-200之间通讯直接使用PPI通讯电缆即可。但如果通讯距离较远，或者需要将多个S7-200连接到一个通讯总线上时，我们可以通过如下方法配制通讯链路。

选配一个计算机通讯端口

由于S7-200通讯端口物理层使用的是RS-485通讯规范，我们需要在计算机端增加一个RS-485通讯端口，才能与计算机通讯建立通讯。如果计算机闲置的串口，我们可以选配一个RS-232转RS-484转换器即可；如果没有闲置的串口，我们通过在计算机中增加一个RS-485通讯卡也可以；现在很多计算机都有USB口，我们也可以在计算机上外接一个USB转RS-485转换器。

连接通讯电缆

S7-200的通讯端口是一个9孔（famel）D型插头，针脚分布如下所示：

针脚

信号

1

地线 (RS-485 逻辑地)

2

24 V 地线 (RS-485 逻辑地)

3

信号B (RxD/TxD+)

4

RTS (TTL level)

5

地线 (RS-485 逻辑地)

6

（空）

7

24 V 电源

8

信号A (RxD/TxD-)

9

通讯选择

S7-200通讯端口（端口0）与RS-485板卡或RS-485/RS-232转换器之间接线，如下图所示：

在缺省情况下S7-200的通讯端口是不支持Modbus协议的，要想实现Modbus通讯必需在PLC的主程序模块中调用Modbus通讯子程序。Modbus通讯子程序可以从“STEP7-Micro/WIN Add-On: Instruction Library (STEP7-Micro/WIN附件：指令库)”中获得。在安装了“STEP7-Micro/WIN附件：指令库”后，在导航树“指令/库”下面我们可以找到“ModbusProtocol”。在其下面包含了MBUS_INIT和MBUS_SLAVE两个子程序，MBUS_INIT用于对Modbus通讯进行初始化，MBUS_SLAVE用于在指定端口上提供Modbus从站通讯服务。下在介绍如何在主程序中调相关子程序及环境参数设置：

为MBUS_INIT命令建立一个触发条件（只触发一次），如：SM0.1；从导航树“指令/库/ ModbusProtocol”下面，将MBUS_INIT指令拖拽到主程序块中。再就是正确设置MBUS_INIT各项调用参数和执行结果输出地址，我们可以建立一下如下图所示初始化调用过程：

Mode:协议类型，1-Modbus协议；0-PPI协议。

Addr: PLC地址，1~247，。

Baud: 通讯波特率，1200、2400、4800、9600、19200、38400、57600或11520。

Parity: 校验方式，0-无校验；1-奇数校验；2-偶数校验。

Delay:信息结束超时时间，0~32767,有线连接设置为0即可。

MaxIQ:0~128,映射在离散输入寄存器或离散输出寄存器中的I或Q数。建议为：128。

MaxAI:0~32；映射在模拟输入寄存器中AIW数；CPU 221为0，CPU 222为16，CPU224、226和226XM为32。

MaxHold:V内存映射在保持寄存器中的寄存器数。

HoldStart:V内存的映射时的起始地址。

Done:初始化指完成时，输出为开状态；开关量（Bit）。

Error:初始化错误代码，请参阅Modbus从机协议执行错误代码；输出为字节。

初始化完成后，就可以调用Modbus从机通讯命令（MBUS_SLAVE）了。通常Modbus从机通讯命令在主程序块的每个执行周期都要初执行（始终保持通讯状态），因为可以用一个常开量作为命令的触发条件，如：SM0.0。从导航树“指令/库/Modbus Protocol”下面，将MBUS_SLAVE指令拖拽到主程序块中。调用过程如下图所示：

Done: 当MBUS_SLAVE指令响应对Modbus请求时，"Done"为开状态。没通讯请求时"Done"为关状态。

Error:指令执行结果。只有"Done"为开状态时，此状态有效。请参阅Modbus从机协议执行错误代码；输出为字节。

在完成前面两个指令调用后，还要为库指令使用的符号分配内存。当库指令被插入到主程序块中，在导航树“程序块”下会出现一个“库”节点。在“库”节点上点击鼠标右键，在弹出菜单中选择“库存储区”，进入“库存储区分配”对话框。

在地址框中输入分配内存的开始地址，或者通过点击“建议地址”按钮自动分配内存。注意，分配的内存不要与已使用的内存重叠。

完成PLC编程和配制后，还要对紫金桥软件进行配制，这样才能获取、处理、查测、存储和显示相应的数据。组态过程分为两个步骤：（1）设备组态，即建立一个与PLC相对应的逻辑设备；（2）点组态，即建立过程数据库点的过程参量与PLC中变量的对应关系，从而利用点的自身功能进行处理、检测和存储。当然要将过程数据在计算机上展现给用户，还要进行交互界面（窗口）组态。但这一过程对所有应用是相同这，这里就不介绍了。

设备组态就根据PLC使用的通讯协议及在网上的节点地址、端口属性等对通讯参数进行定义的过程。

进入紫金桥开发环境，将导航树切换到“数据库”，在导航树上选择“设备驱动/MODBUS/
MODBUS（ASCII&RTU串口通讯）”，单击鼠标右键，在单出菜单中选择“增加设备驱动”会弹出发下所示对话框：

在对话框中输入设备名称、设备地址（与PLC中MBUS_INIT初始化的Addr参数一致），选择串口号，并且设置（点击“设置”按钮）端口属性，使用它与PLC中MBUS_INIT命令设置的属性一致。点击“下一步”：

在Modbus设备定义对话框中将协议类型选择为“RTU”，存贮器类型选择“32位”（即长整和浮点型4字节的数据的传送格式为高位在前，低位在后）。单击“完成”按钮，则设备组态完成。

完成了点组态还要进行点组态I/O连接，这样才能将PLC中的变量映射到紫金桥软件中。

进入紫金桥开发环境，将导航树切换到“数据库”，在导航树上双击“点组态”，进入点组窗口：

选择点类型，建点，设置常规参数是点组态的基本操作，对所有应用是相同的，这里就不详细说明了。下面重点介绍一下I/O连接及与变量对应关系。

这里以模拟I/O点的I/O连接为例。新建一个模拟I/O点后，输入点名，切换到“数据连接”属性页：

从该属性的设备列表框中选择在上一步骤中建立的设备（如：MOD），点击“增加连接项”按钮，进入“Modbus组点对话框”：

这里的“内存区”、“偏置”和“数据格式”是与PLC中部分内存类型和地址相对应的。对于在Modbus协议中不能对应的PLC内存类型，如果需要上传到过程数据库中，可以先它们先移动到V内存区，再通过V内存区读取。S7-200内存区与紫金桥I/O连接对应关系如下所示：

S7-200地址

紫金桥软件I/O连接

内存区

偏置

Q0.0

DO离散输出量

0

Q0.1

1

Q0.2

2

……(Qm.n)

……(m*8+n)

Q15.6

126

Q15.7

127

I0.0

DI离散输入量

0

I0.1

1

I0.2

2

……(Im.n)

……(m*8+n)

I15.6

126

I15.7

127

AIW0

AR输入寄存器

0

AIW2

1

AIW4

2

……(AIW2n)

……（n）

AIW62

31

Hold Start（如：VB0）

0

Hold Start+2（如：VB2）

1

Hold Start+4（如：VB4）

2

……

……

Hold Start+(HoldMax-1)*2

HoldMax-1

在完成存贮区和地址组态，还要注意一点就是数据类型一致性，只有类型一致才能从PLC上获得正确数据。我们可以从“数据格式”中选择格式。对于字寄存器我们也可以将它拆分为位，从而获得某个位的状态。

注：对新组态的数据库点只有重新启动后才会生效。

1 引言

    可编程逻辑控制器（Programming Logic Controller, PLC）作为一台工业计算机，集数据的采集、处理、显示于一身，那么作为数据终端，数据的显示是完全必要的。PLC本身有许多指示灯，可以观测到PLC的CPU单元、输入/输出单元及网络通信单元的运行工作状态，但无法显示PLC内部数据。计算机通过与PLC通信以及触摸屏都可以实现PLC内部数据显示，但价格昂贵，对一些小型不需要经常改动的系统来说更是浪费。本文采用拨码开关和数码管来显示PLC内部数据，操作简单、成本低廉，对实验教学和工程人员有参考价值。

（1）应用行业：机加工、过程控制等。

（2）使用产品：CJ1M（CPU22）， CS1W-ID211，CS1W-OD261

（3）应用的主要工艺点及要解决的主要问题：内部数据的动态显示

（4）应用方案简介：用高频率晶体管输出单元，结合高速定时器指令TIMH实现内部数据的动态显示。

2 动态数据显示

2.1 硬件系统设计

    LED数码管有7段显示灯，可以用来显示0～9间的10个数字。CJ1M系列PLC内部通道数据一般都是四位，如果用借用每个输出点来控制一个显示灯，那么一个数码管就需要7个输出点，这显然要占用大量的输出点，是不经济的。这里选用含有内置译码电路的数码管如CD4511，可以把8421码自动译成7段码。8421码或BCD码用4个接口加选通信号，就可以显示一个数据位。将四个8421输入线组合与某个输出通道的低四位相连，每个选通信号的输入信号与通道中剩下的四位相对应连接，这样一个输出通道就能显示PLC四位（一个字）内部数据。具体接线图如图1所示。

图1 PLC硬件接线图

    注意，这里的PLC输出模块应选用晶体管或者晶闸管输出单元，而不宜采用继电器输出单元。因为继电器输出单元为有触点开关，响应慢、速度低，不适用于高频率的通断，也不适用于动态数据显示[1]。故图1中采用OMRON公司CJ1W-OD261（64点）晶体管作为输出单元，其在本PLC机架上的IO地址分配为6.00～9.15，这里用0006通道作为内部数据的显示通道。6.00～6.03为CD4511的数据输入端A、B、C、D，其中A为低位，D为高位， 为高电平时锁存数据，四位数据的 端由PLC的6.04～6.07分别控制，4个数码管共占用8个输出点。

2.2 选通信号的生成

    由于4个数码管 的线皆由一个I/O口控制，在每一瞬间，4位LED会显示相同的字符。要想每位显示不同的字符，就必须采用扫描方式轮流点亮各位LED，即在每一瞬间只使某一位显示字符。使每位分时显示该位应显示字符，根据人眼视觉特性，当LED所加信号频率大于50Hz时,人眼不能感觉其变化，每位显示的间隔不能超过20ms，也就是说要在20ms之内分时的点亮所有LED，LED越多所分的时间越短，亮度就会不足；如果增加点亮时间，又会使扫描频率下降，有闪烁感容易造成人眼的彼劳，故常采用动态扫描方式[2]。这种扫描方式仅适用于LED不超过10个时的场合，本例中只有4只LED数码管，故可以选用此方法。

    CJ1M系列PLC有丰富的定时指令，其定时器类型有1ms、10ms和100ms，这里选用TIMH指令[3]，定时器的设定值为#1，这样选通信号的周期为10ms。

2.3 同步化处理

    PLC采用循环周期扫描工作方式，指令的执行由上至下，有左至右，前面的结果将影响后面；前一个周期的结果影响下一周期。PLC逻辑设计同步化就是设法实现：用脉冲信号控制输出及内部状态的转换，有脉冲作用的周期，执行指令才有效果；在脉冲信号起作用的这周期中，前面指令的执行结果，不改变后面指令的执行条件[4]。同步化处理的方法很多，在图2中是通过合理安排指令的先后顺序来实现同步的。

    图2中，系统上电，高速定时器开始定时，10ms后，其常闭触点断开，即T0输出一个脉冲，宽度为一个扫描周期。个脉冲到了， 6.04置位，成为前一行的指令执行条件，但这时它的指令已经执行完毕，故在此脉冲作用期间，也不会有什么变化。依此类推，第四个脉冲之后，6.07置位，6.06复位，成为工作寄存器W0.00输出的条件，第五个脉冲到来，6.07复位，梯形图又回到初始状态，如此反复，分时实现四位数据的 端6.04～6.07轮流接通10ms。

图2 选通信号的生成

2.4 数据显示

    采用MOVD指令，将要显示的内部数据如DM区、W区、T/C区等中的一个字通过通道6显示出来。如图3所示，本例中，依不同的选通信号，将D0中的数据通过选择不同的位进行显示。

图3 数据显示输出

3 功能扩展

3.1 显示双字

    在图1中，PLC输入端0.01接拨码开关SA，其作用根据其所在位置不同结合跳转指令（JMP/JME）来确定数据显示是哪个通道。如图4中，当SA为ON时，显示D0中的数据；当SA为OFF时，显示D1中的数据。

图4 双字数据显示输出

3.2 硬件扩展

    如果对4个选通输出点6.00～6.03采用一片4线－16线译码器（如SG74HC154）进行译码，可以扩展成16个循环的选通信号，就能显示4个通道的数据。如果结合开关SA，按图4中的方式，就可以显示8个通道的数据。