西门子PLC中央控制器CPU412-2西门子中国一级总代理 西门子PLC代理商

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西门子1200PLC实用定位控制程序案例

引言

本文是一篇综合性比较强的文章，从PLC输入输出及步进电机接线开始，到PLC运动控制程序编写，再到后续的ModbusTCP通信协议及上位机编程实现Zui终控制，涉及知识面比较广，能够让我们很好地将所学知识结合起来。

开发平台

采用西门子TIA Portal V16编程软件编写运动控制程序，实现PLC（S7-1200系列：CPU1214C DC/DC/DC）对步进电机的控制，再通过编写ModbusTCP程序，将控制地址进行映射，从而方便上位机（VS2019开发）与PLC进行通信，Zui终实现步进电机的运动方向、速度及距离的灵活控制。

涉及硬件：开关电源、S7-1200PLC、步进驱动器、步进电机、单轴模组、限位开关

涉及软件：TIA Portal V16、VS2019、ModbusPoll（用于测试通信）

硬件接线

PLC编程

上位机开发思路

为了便于操作，需要配一个HMI人机界面来进行使用。这个的HMI形式是比较多样化的，如触摸屏、组态软件等，这里，我们采用目前比较流行的方式——C#开发上位机，来供用户使用。C#开发上位机相对于传统的组态软件，各自都有自己的优缺点，主要体现在如下三个方面：

1. 功能限制：组态软件对于一些特定的需求或者逻辑，会有一定的局限性，使用上也受到软件本身的约束；C#开发上位机完全自主开发，几乎不存在功能上的限制，并且扩展方便。

2. 技术要求：组态软件Zui大的优势在于方便，因为它本身都集成了一些通用协议和元件，只需要按照使用说明进行组态配置即可；C#开发需要完全自己搭建框架和实现底层代码，对开发者的技术要求会更高一些。

3. 价格成本：组态软件需要按套、按点位收费，意味着每个项目无形中都有一个基础成本；C#开发上位机自主开发，不需要二次授权费用，并且开发一套之后，可以快速应用到其他项目中。

采用C#上位机开发，需要考虑的是通信问题。西门子S7-1200支持很多种不同的通信协议，包括S7、ModbusTCP、TCP/IP、UDP、OPC等，从开发成本上来说，我们优先考虑S7和ModbusTCP，对于S7和ModbusTCP通信协议，比较一下两者的优缺点：

1. S7协议为西门子内部协议，协议本身不公开，需要调用或者自己开发通信库，使用S7通信协议需要勾选CPU中的允许来自远程对象的PUT/GET通信访问。

2. ModbusTCP为公开、免费协议，可以自己开发通信库或者使用开源库，使用ModbusTCP通信协议需要编写一定的PLC程序来实现地址映射。

从公开免费和使用范围的角度来考虑，这里采用ModbusTCP通信协议，因为你学会了ModbusTCP，意味着市场上的大部分仪表、PLC通信你都可以搞得定，PLC程序编写如下所示：

1、创建DB块

这里创建一个DB块，里面包含了常用的一些操作和参数设置，由于Modbus保持型寄存器的Bit位操作比较麻烦，这里我们统一使用Word类型来代替Bit。

 2、Modbus地址与PLC地址的映射（控制位）

 3、Modbus地址与PLC地址的映射（参数地址）

 4、ModbusServer程序编写

 5、上位机UI界面设计

6、ModbusTCP通信库

上位机开发功能实现的核心在于ModbusTCP通信库编写，由于Modbus协议是公开免费，可以自己根据Modbus协议来开发，也可以使用开源的Modbus库，如NModbus等，有了ModbusTCP通信库之后，我们可以将更多的精力放在业务处理及逻辑处理上面。

7、ModbusTCP通信点表

上位机开发功能

1、创建一个Windows窗体应用项目，项目名称为thinger.cn.MotionPro。

2、日志显示功能：日志显示采用ListView进行显示，绑定一个ImageList用来区分信息、报警、错误，添加日志方法的参数包含日志等级及日志内容。

3、自己开发ModbusTCP通信库或者使用开源库，该库应该具备建立连接、断开连接、预置寄存器、读取寄存器的功能。

4、建立连接和断开连接：这里通过按钮实现建立连接和断开连接2个功能。

5、相对位置运动：设置相对运动速度和相对运动位置，实现电机的相对运动。

6、juedui位置运动：设置juedui运动速度和juedui运动位置，实现电机的相对运动。

7、点动运动模式：设置点动运动速度，按住正向点动或者反向点动，实现电机的点动运动。

8、回原点模式：点击回原点，可以控制物体回到原点位置并停止。

9、运动停止、运动暂停、复位相关功能。

写在Zui后

这个项目整体来说难度不是很大，涉及的知识面比较广，非常适合上位机初学者进行学习和练手。

西门子PLC的监控功能

可通过主菜单“调试( Debug)”下的选项，在程序编辑器和状态图区内监视、读取、写入和强制plc的状态数据。

STEP7-Micro/WIN 32软件的监视和调试功能，既可在程序编辑器窗口中实现，也可以状态图的形式显示。

(1)程序编辑器窗监控

选择主菜单“调试(Debug)”中的“使用执行状态(Use ExecutionStatus)”选项，可以在程序编辑器窗口中监控PLC的实际执行状态(见图12-3.4)。

单击工具栏中的“程序状态监控”按钮，或选择主菜单命令“调试(Debug)”一“程序状态(ProgramStatus)”，在程序编辑器窗口中可以监控PLC的实际执行状态。

PLC所显示的实际执行状态是PLC循环扫描完成后的编程元件状态。

编程元件中出现绿色指示时，表明该编程元件为接通状态“l”;红色表示执行的指令有误：灰色表示指令未被扫描(跳过或未调用)。

(2)状态图监控

单击浏览条上的“状态图( Status Chart)”图标，或选择主菜单“检视(View)”一“元件(Component)”一“状态图(Status Chart)”，可打开状态图的监控页面(见图12-3.5)。

在“地址( Address)”中，输入需要监控的操作数(信号)地址，通过右击相应的单元格，可以进行信号地址的插入、删除等操作。

利用工具条中的状态图显示按钮，可以对输入的地址进行重新排列。

信号的状态将在状态图的“现行值( CurrentValue)”栏中显示。当PLC在STOP模式时，状态显示的是执行PLC程序前的初始值或条件：PLC在RUN模式时，可以连续监控执行中的程序状态。