西门子6ES7231-7PF22-0XA0接线图形
1引言
工业控制已从单机控制走向集中监控、集散控制，如今已进入网络集约制造时代。工业控制器连网也为网络管理提供了方便。Modbus就是工业控制器的网络协议中的一种。Modbus协议是应用于电子控制器上的一种通讯约规。通过此协议，控制器相互之间、控制器经由网络(例如以太网)和其它设备之间可以通信。它已经成为主流的工业标准之一。他为符合Modbus协议的不同厂商生产的控制设备可以连成工业网络，进行集中监控。
2Modbus RTU协议在S7-200中的应用原理
2.1 Modbus RTU协议与S7-200相互关系简介
S7-200 CPU上的通讯口Port0可以支持Modbus RTU协议，成为ModbusRTU从站。此功能是通过S7-200的自由口通讯模式实现，可以通过无线数据电台等慢速通讯设备传输。
如果想在S7-200 CPU与其他支持Modbus RTU的设备使用Modbus RTU协议通讯，需要由有S7-200CPU做Modbus主站。S7-200 CPU做主站必须由用户自己用自由口模式，按相关协议编程。
在S7-200控制系统应用中，Modbus RTU从站指令库只支持CPU上的通讯0口(Port0)。要实现ModbusRTU通讯，需要Step7-Micro/WIN32 V3.2以上版本的编程软件，须安装Step7-Micro/WIN32V3.2 Instruction Library(指令库)。Modbus RTU功能是通过指令库中预先编好的程序功能块实现的。
2.2 Modbus RTU协议在S7-200中应用的基本过程
(1) 检查S7-200控制系统中所用Micro/WIN的软件版本，应当是Step7-Micro/WINV3.2以上版本。
(2) 检查Micro/WIN的指令树中是否存在ModbusRTU从站指令库(图1)，库中应当包括MBUS_INIT和MBUS_SLAVE两个子程序。如果没有，须安装Micro/WIN32V3.2 Instruction Library(指令库)软件包，如图1所示。
图1 指令树中的库指令
(3)编程时使用SM0.1—调用子程序MBUS_INIT进行初始化，使用SM0.0—调用研究MBUS_SLAVE，并指定相应参数。关于参数的详细说明，可在子程序的局部变量表中找到。
示例参见图2:
图2 调用MODBUS通讯指令库
图2中参数意义如下:
●模式选择:启动/停止MODBUS，1=启动;0=停止;
● 从站地址:MODBUS从站地址，取值1~247;
● 波特率:可选1200，2400，4800，9600，19200，38400，57600;
● 奇偶校验:0=无校验;1=奇校验;2=偶校验;
● 延时:附加字符间延时，缺省值为0;
●大I/Q位:参与通讯的大I/O点数，S7-200的I/O映像区为128/128，缺省值为128;
●大AI字数:参与通讯的大AI通道数，可为16或32;
●大保持寄存器区:参与通讯的V存储区字(VW);
● 保持寄存器区起始地址:以&VBx指定(间接寻址方式);
● 初始化完成标志:成功初始化后置1;
● 错误代码:0=无错误。
(4) 注意的问题
调用Step7-Mciro/WIN32 V3.2 Instruction Library(指令库)需要分配库指令数据区(LibraryMemory)。库指令数据区是相应库的子程序和中断程序所要用到的变量存储空间。如果在编程时不分配库指令数据区，编译时会产生许多相同的错误。
由子程序参数HoldStart和MaxHold指定的保持寄存器区，是在S7-200CPU的V数据存储区中分配，此数据区不能和库指令数据区有任何重叠，否则在运行时会产生错误，不能正常通讯。注意Modbus中的保持寄存器区按“字”寻址，即MaxHold规定的是VW而不是VB的个数。
3Modbus RTU协议测试
包含ModbusRTU从站指令库的项目编译、下载到CPU中后，在编程计算机(PG/PC)上运行一些Modbus测试软件可以检验S7-200的ModbusRTU通讯是否正常，这对查找故障点很有用。测试软件通过计算机串口(RS-232)和PC/PPI电缆连接CPU。
(以ModScan32测试软件为例作以检测说明)
3.1 测试软件
测试软件ModScan32如图3所示。
图4 ModScan32通讯参数设置
4MODBUS RTU地址与S7-200的地址对应关系
MODBUS地址总是以00001、30004之类的形式出现。S7-200内部的数据存储区与MODBUS的0、1、3、4共4类地址的对应关系如附表所示:
附表 MODBUS地址对应表
说明:其中T为S7-200中的缓冲区起始地址，即HoldStart。
如果已知S7-200中的V存储区地址，推算MODBUS地址的公式如下:
MODBUS地址=40000+(T/2+1)
其中T为偶数。
5结束语
ModbusRTU作为一种工业控制器的网络通讯协议，其在如今众多的控制器之间进行联网、监控、相互通讯等方面发挥着重大作用，本文以典型的S7-200控制系统为例，详述了如何应用ModbusRTU通讯协议以及检测方法，使得控制器之间的通讯变得更加简易和清晰
1. 概述
在过去的十多年里，随着生产车间自动化和过程自动化中分散化结构的迅速增长，现场总线系统的应用日益普遍。其原因之一是：现场总线系统实现了数字和模拟输入/输出模块、智能信号装置和过程调节装置与可编程逻辑控制器（PLC）和PC之间的数据传输，把I/O通道分散到实际需要的现场设备附近，使安装和布线的费用开销减少到小，从而使成本费用大大地节省。其原因之二是：标准化的现场总线具有“开放”的通信接口，允许用户选用不同制造商生产的分散I/O装置和现场设备。
Profibus是ProcessFieldbus的缩写，是一种用于工厂自动化车间级监控和现场设备层数据通信与控制的现场总线技术，可实现现场设备层到车间级监控的分散式数字控制和现场通信，从而为实现工厂综合自动化和现场设备智能化提供可行的解决方案。Profibus的网络协议是以ISO颁布的OSI标准七层参考模型为基础的，只是对第三层到第六层进行简化，可以说它的标准适应性强。它的三种模块(DP、FMS和PA)又可以适应不同的应用对象和通信速率方面的要求，开放性也好。
2. 系统介绍
某造纸厂制浆项目大致分为提取、筛选和漂白三部分。本系统采用西门子S7-400控制器，PROFIBUS-DP现场总线系统，WINCC和SIMATIC Step 7软件，组成的高可靠的DCS系统。上位机采用联想计算机,WinCC软件用于整个系统状态监控。PLC采用西门子公司大型S7-400CPU为414-2DP，上位机与S7-400PLC之间采用Profibus-DP通讯方式控制，现场分站采用贝加莱公司的X20BC0063DP模块进行扩展联网，它们通过Profibus-DP总线和S7-400PLC相连。同一DP地址下再通过X20BR9300和X20BT9100通讯模块进行扩展，可以挂接63个X20系列I/O模块。所有的X20模块采用分布式的导轨式系统底板，支持带电热插拔。
提取部分控制要点：
调节洗浆机的上浆浓度、浆层厚度、浆料液位、洗涤水liuliang、洗涤液温度等影响洗涤效果的因素，使操作工艺参数稳定在合适的范围内，以保证洗涤过程正常运行。尽可能获得高浓度的黑液，以利于蒸发工段回收利用。
筛选部分控制要点：
纸浆中含有各种各样的杂质，经过筛洗去除这些杂质，以得到纯净的纸浆。稳定压力筛进浆浓度、进浆liuliang、稀释水liuliang、尾浆liuliang、压力筛进浆口与良浆出口的压差，防止和排除筛孔堵塞，使得筛选净化过程得以正常运行
漂白部分控制要点：
漂白过程对自控系统的要求是使各种药液的加入量与浆料保持一定的比例关系。使之在获得均匀的所需白度的尽可能减少对纤维的降解作用，保持纤维强度。漂白过程是一个连续的化学反应过程，必须控制其反应时间、反应温度和反应浓度三个主要因素。
3. 系统硬件配置情况
西门子公司产品：
电源模块 PS407/10A 6ES7407-0KA01-0AA0 1块
CPU模块 414-2 6ES7414-2XG04-0AB0 1块
UR2机架 6ES7400-1JA01-0AA0 1块
存储卡 6ES7952-1KL00-0AA0 1块
CP5611卡 6GK1561-1AA01 2块
总线连接器 6ES7972-0BA50-0XA0 3块
贝加莱公司产品：
总线接收模块 X20BR9300 8块
总线中继模块 X20BT9100 5块
电源总线模块 X20BM01 8块
标准总线模块 X20BM11 121块
DP总线模块 X20BC0063 3块
电源模块 X20PS9400 3块
总线模块 X20BB80 3块
端子排 X20TB12 134块
模拟量输入模块 X20AI4622 37块
模拟量输出模块 X20AO4622 14块
温度模块 X20AT4222 4块
开关量输入模块 X20DI9371 15块
开关量输出模块 X20DO9322 24块
电源模块 X20PS2100 24块
电源模块 X20PS3300 3块
总线连接器 0G1000.00-090 3块
4.结束语
自调试完成后系统运行正常，Profibus-DP网络稳定无故障。主站S7-400PLC与从站正常通讯，并上位机控制系统通讯良好。系统响应速度快，精度高。很好发挥了Profibus-DP网络的优越性能，得到用户的肯定
一个工程的建立
项目管理
每个自动化过程都是由许多较小的部分和子过程组成，工程建立的个任务是分解子任务。而每个子任务定义了自动化系统要完成的硬件和软件要求。其中硬件包括输入/输出数目和类型，对应模块序号和类型，所用机架号，CPU型号和容量，HMI（人机界面）系统，网络系统。软件方面主要是程序结构，自动化过程中的数据管理，组态数据、通讯数据及程序和项目文档。在SIEMENS的S7中，上述工作都在项目管理（SIMATIC 管理器），包括必须的硬件（+组态），网络（+组态），所有程序和自动化解决方案的数据管理。 F1在线帮助。
SIMATIC管理器管理STEP 7项目，编写 STEP 7用户程序的工具，有梯形图LAD，语句表STL，和功能块图FBD，编程语言。利用编程器或外部编程器可以把用户程序保存到EPROM卡上。
SIMATIC管理器是一个在线/离线编辑S7对象的图形化用户界面，这些对象包括项目、用户程序、快、硬件站和工具。此管理器的用户界面中工具条和bbbbbbS差不多，就是多了几个PLC菜单——显示访问节点、存储器卡、下载、仿真模块。
注：：由于目前主流系统是S7-300，下面的操作基本以S7-300为主，而实际过程由于配置的不同可能会有所不同。
STEP 7项目结构：项目中，数据以对象形式存储，按树型结构组织。
级：包含项目图表，每个项目代表和项目存储有关的一个数据结构。
第二级：站（如S7-300）用于存放硬件组态和模块参数等信息，站是组态硬件的起点。
S7程序文件夹是编写程序的起点，所有S7系列的软件均放在S7程序文件夹下，它包含程序块文件和源文件夹。
SIMATIC的网络图表（MPI、PROFIBUS、工业以太网）
第三级和其他级：和上级对象类型有关。
编程器可离线/在线查看项目——OFFLINE：编程器硬盘上的内容；ONLINE：通过网线从PLC读到的内容。
菜单选项： 在OPTIONS-CUSTOMIZE 设置语言、助记符、常用特性（存储位置、系统信息显示）。
创建一个项目：FILE NEW NEW PROJECT
插入 S7程序块：INSERT PROGRAM S7 PROGRAM
插入 S7 块： INSERT S7 BLOCK 可选：1：组织块（OB）被操作系统调用，他们是操作系统和用户程序的接口。 2：功能FC和功能块FB是实际的用户程序利用他们可以 把复杂的程序分解成小的，易于调试的单元。3：数据块存储用户的数据。选择所需块类型后，会打开一个属性对话框，其中可输入块序号和要使用的编程语言，及其他设置。
补充一下：
1、内存总清——MRES=MEMORY RESET，经过MRES的模块相当于一个新模块，请务必谨慎。方法是：放在MRES足够时间，到STOP指示灯闪2下；弹回到STOP再迅速放到MRES，此时STOP快速闪6下——内存清空，将删除所有用户程序数据，硬件测试和初始化，如果此时装有EPROM卡，把卡内容COPY到内部RAM区。
2、SIEMENS的信号模块（SM）结构设计，接线非常方便，更换摸板无需接线（可拔下来）。固定方式有弹簧和螺钉连接两种。
3、对于软件的授权：在光盘安装后以后，一定要用软盘（权盘）授权，对于重装系统或软件的，一定要先”收回“权到软盘以后，才进行，以便重装以后授权，否则只能联系西门子了
一、项目简介
1.江苏新瑞机械有限公司坐落于江苏常州，是一家从事数控设备的研发、生产、销售和服务的现代化制造型企业。公司主要产品覆盖立式加工中心全部系列、数控车床全部系列、SR系列压铸机全部系列，具有高速度、高精度、高可靠性等特点。新瑞机械秉承“务实敬业、合作高效、锐意进取、精益求精”的企业精神，把的产品贡献给客户，把yongbu满足留给企业，把信心、技术和竞争力来实现“构筑业界企业，争创业内品牌”的承诺。
2.压铸机的主要工作原理是压铸成型。在高压的作用下，使液态或半液态的金属，以较高的速度填充压铸型型腔，并在压力下成型和凝固而获得铸件的方法。系统有2组比例阀：比例压力和比例liuliang，用来控制机器的液压动作，如动芯一入、动芯二入、静芯入、动芯一出、动芯二出、静芯出、开模、合模、顶针进、顶针退;压射动作分3步：慢压射、快压射和增压射，由3个独立的步进电机调节油泵的开口;辅机由喷雾机械手、给汤机械手和取件机械手组成，动作速度由画面设定，由相应的变频器控制输出。
3. 项目当中使用的西门子自动化产品的型号、数量、类型、何种控制对象
4. 照片
新瑞SR150型压铸机
二、控制系统构成
1. 硬件配置、系统结构及选择依据
系统由HMI和S7-300型PLC构成。因为有位置、压力、速度等曲线需要显示，选择了OP27010。显示效果比较好，有操作按键，容易维护;由于需要3路PWM输出控制步进电机，选择了CPU313C，几乎全部利用该CPU的数字量输入输出及模拟量输入输出，性价比非常好;由于压射过程非常快，通常为10-50m/s，有时甚至可以达到100m/s以上。系统需要高速采集大量的数据进行显示、分析和比较，选择了SM335模块，它的模拟量输入输出速度快、精度高，还可以产生硬件中断。
2. 附加系统的硬件配置图，网络结构图，应用中的监视画面。
辅机系统主要是由3个机械手构成：喷雾机械手、给汤机械手和取件机械手。他们根据压铸机的动作循环，在相应的位置进行动作。
3.多种可选方案的比较：由于有3个步进电机需要控制，在选择方案时考虑过用CPU313C加3个FM353模块，该模块是1轴步进电机定位模块，高脉冲频率可达200KHz，但此方案成本太高;考虑到本机器对脉冲频率要求不高，CPU313C模块中集成的3路PWM输出脉冲频率可达2.5KHz，已经完全可以满足系统的要求。只用1个CPU313C就完成控制要求，性价比很完美!
三、控制系统完成的功能
1.整个控制系统可以分为人机界面显示部分和PLC控制部分。其中PLC控制系统可以分为以下几个部分：压铸机动作顺序控制、压射曲线显示、PWM输出控制和机械手控制。压铸机的动作控制如开模合模，是根据不同的位置送出不同的压力和liuliang，通常合模分4级，开模分3级。考虑到液压动作的平滑，本系统加了软件斜率，在每个动作的开始、切换和结束时都要通过斜率平滑过渡，使动作很流畅声音很小。在机器的使用过程中模具的调整很麻烦，自动调模功能自动完成的繁琐的调节过程，简化操作;压射过程对机器的成型非常重要，需要采集大量的位置、压力和位置数据，压射动作分3步：慢压射、快压射和增压射，由3个独立的步进电机调节油泵的开口控制压射的速度;PWM输出是控制3个独立的步进电机，分别对应慢压射、快压射和增压射的速度。控制上由PLC调用系统功能块SFB49来实现;本机器配备了3个机械手：喷雾机械手、给汤机械手和取件机械手，他们是可选的。根据压铸机的动作循环，在相应的位置进行动作。
脉宽调制功能是系统集成功能，仅需在硬件配置中作简单设定后，即可在PLC程序中调用SFB49，使用非常方便。
CALL SFB 49 , "DI_PULSE_1"
// 慢压射
LADDR :="DI_PULSE_1".LADDR
// Count Address:768
CHANNEL :=0
SW_EN :="DI_PULSE_1".SW_EN
MAN_DO :="DI_PULSE_1".MAN_DO
SET_DO :="DI_PULSE_1".SET_DO
OUTP_VAL:="DI_PULSE_1".OUTP_VAL
JOB_REQ :="DI_PULSE_1".JOB_REQ
JOB_ID :="DI_PULSE_1".JOB_ID
JOB_VAL :="DI_PULSE_1".JOB_VAL
STS_EN :="DI_PULSE_1".STS_EN
STS_STRT:="DI_PULSE_1".STS_STRT
STS_DO :="DI_PULSE_1".STS_DO
JOB_DONE:="DI_PULSE_1".JOB_DONE
JOB_ERR :="DI_PULSE_1".JOB_ERR
JOB_STAT:="DI_PULSE_1".JOB_STAT
2.在压射过程中如何高速采样位置、压力和速度数据是项目的难点。在硬件上，我们选用SM335模块，它的模拟量输入处理速度约为每通道200us，精度为14位，并产生硬件中断OB40。系统中设定了2ms的硬件中断，在压射过程中采集位置、压力和速度数据;在PLC程序方面，我们使用了变址寻址的编程技巧，压缩程序空间，tigao运行效率，使系统可以在2ms的中断周期内完成运算;在HMI方面，配置了TREND曲线，在压射过程结束后可以马上更新曲线。