基于Modbus协议的S7200 PLC与矿用智能遥控接收机的通信.doc

基于Modbus协议的S7200 PLC与矿用智能遥控接收机的通信 第4期xx?8月工矿自动化Industry andMine AutomationNo.4Aug.xx:1671-251X (xx)04-0083-04基于Modbus协议的S7-200PLC与矿用智能遥控接收机的通信金江,侯林,呼守信,高旭彬(煤炭科学研究总院太原研究院,山西太原030006)摘要:介绍了Modbus协议的特点,分析了S7-200PLC Modbus RT U主站协议库,确定了采掘设备控制器S7-200PLC与矿用智能遥控接收机的数据通信采用Modbus RT U协议,实现了采掘设备与遥控装置的双向通信。 应用结果表明,以S7-200PLC为主站的Modbus通信,传输数据准确可靠,效果良好。 关键词:煤矿;遥控接收机;S7-200PLC;通信;Modbus:TD676:BCommunication betweenS7-200PLC andIntelligent RemoteReceiver UsedinCoal MineBased onModbus ProtocolJINJiang,HOU Lin,HU Shou-xin,GAO Xu-bin(Taiyuan ResearchInstitute ofCCRI.,Taiyuan030006,China)Abstract:The characteristicsof Modbusprotocol wereintroduced,and theprotocol librariesof Mod-bus RTUmaster wereanalyzed.It madesure thatModbus RTUprotocol wasadopted indata transmissionbetweenS7-200PLC andintelligent remote receiver usedin coal mine,and realizedintermunicationbetween equipmentfor excavationand remotedevice.The applicationindicated thatModbus muni-cation took S7-200PLC asmaster hasreliability indata transmissionand goodeffect.Keywords:coalmine,remotereceiver,S7-200PLC,munication,Modbus:xx-04-24作者简介:金江(1970-),男,高级工程师,现主要从事煤矿电气自动化方面的研究工作。 0引言以PLC为控制器构成的数据采集和控制系统,因其电?结构简单、工作稳定可靠而被广泛应用到工业控制系统中。 目前,广泛应用的S7-200PLC产品中大多集成了?通信接口,其支持的?通信协议有PPI、MPI、PROFIBUS、Modbus等。 在这些协议中,PPI和MPI协议是西门子公司特有的协议,对外?公开,通用性差;PROFIBUS协议虽然对外公开,但成本高;而Modbus协议是全开放的,具有诊错能?强、数据传输?大、成本低等特点,主要实现上位机对S7-200PLC内部存储器区域的直接读写操作,无需用户对其进?通信编程,但S7-200PLC只能作为Modbus从站使用。 然而,随着工业自动化技术的?断发展,Modbus协议已?仅仅应用在PLC与上位机之间的通信上,许多智能仪器厂商也纷纷采用该协议作为自己产品的从站通信协议。 因此,在越来越多的自动化工程中,PLC需要作为主站设备完成与智能仪器或其它支持该协议的PLC的通信。 针对这一情况,西门子公司最新推出支持Modbus RT U主站的协议库,实现S7-200PLC Modbus RTU的主站功能。 通过调用库指令,用户可以将S7-200系列PLC上的原Mod-bus Slave通信口作为Modbus Master通信口或标准口使用,大大扩展了S7-200系列PLC的通信功能。 本文利用S7-200PLC Modbus RT U主站协议库实现了S7-200PLC与智能遥控接收机的主从通信,并将其应用到采掘设备的控制系统中,实现了对采掘设备的遥控控制。 1Modbus协议Modbus协议是工业?通信事实上的标准,标准定义了应用层的通信协议,位于ISO/OSI模型的第7层。 Modbus协议可以实现?同媒介的异步?通信(以太网、RS 232、RS 485、光纤、无线电等)。 其通信为主/从方式,报文形式为请求/响应帧结构,每次通信均由主机发起,从机根据主机的要求,回应响应帧,其主从查询、回应周期表如图1所示。 图1Modbus协议主从查询、回应周期表示意图Modbus协议有2种传输模式:ASCII模式和RTU模式,其通信格式如表1所示。 本系统中采用了RTU模式。 表1M odbus通信格式表模式起始位数据位检验位停止位ASCII1位7位1位1位RTU1位8位1位1位Modbus协议定义的24种功能都有相应的功能代码。 2以S7-200PLC为主站的主从站的通信2.1S7-200PLC主站指令库S7-200PLC Modbus RTU主站指令库的功能是通过在用户程序中调用预先编好的程序功能块实现的,该指令库只对port0口有效,如图2所示。 图2Modbus RTU主站初始化与读写功能块示意图图2中有2个功能块,分别为初始化功能块MBUS-CTRL和读写功能块MBUS-MSG,其参数意义:初始化功能块中EN为使能端,必须保证每一个扫描周期都被使能;Mode为协议模式选择,当为1时,使能Modbus协议功能,当为0时恢复为系统PPI协议;Baud为通信波特率;Parity为校验方式选择,0为无校验,1为奇校验,2为偶校验;Time-out为主站等待从站响应的时间,以ms为单位;Done为完成位,初始化完成后该位会自动置1,可以用该位启动读写操作;Error为初始化错误代码。 读写功能块中EN为使能端,同一时刻只能有1个读写功能使能;First为写请求位,每一个新的读写请求必须使用脉冲触发;Slave为从站地址;RW为选择从站的读写端,0为选择读,1为选择写;Addr为选择读写从站的数据地址;Count为通信数据个数(位或字的个数);DataPtr为数据指针,如果是读指令,读回的数据放到这个数据区中,如果是写指令,要写出的数据放到这个数据区中;Done为读写功能完成位,完成后该位会自动置1;Error为初始化错误代码。 由上述可知,通过对S7-200PLC ModbusRTU主站指令库中RW、Addr和Count的设置,就可以实现对从站特定数据段的读写操作。 其中,RW、Addr决定了从站执?的功能和所要操作数据段的起始地址,Count决定了所要操作数据段的数据?。 2.2从站的通信规格和数据帧格式遥控接收机的电气接口为二线制RS485;通信波特率为9600bps;每个字符的数据格式为1位起始位,8位数据位,无奇偶校验位,2位停止位;支持Modbus从站,地址为1;遥控接收机的数据存放于保持寄存器中,保持寄存器操作的功能代码如表2所示。 表2遥控接收机支持的Modbus协议功能代码表代码功能03读保持寄存器06写1个保持寄存器16写多个保持寄存器在遥控接收机的Modbus协议中,读写保持寄存器按字寻址,保持寄存器中需要通信的数据帧格式如表3所示。 表3数据帧格式表保持寄存器号高字节低字节0x0000字节1字节20x0001字节3字节40x003F字节127字节128表3中字节18支持读操作,其余的字节支持写操作。 84工矿自动化xx年8月xx2.3主从站通信的实现S7-200PLC与遥控接收机通信前,必须将它们之间的波特率和数据格式设定一致。 主站S7-200PLC中初始化功能块MBUS-CT RL按照从站遥控接收机的通信规格设定如下:Baud为9600bps,Parity为0,无校验。 根据Modbus通信协议,在通信过程中,主站读写功能块要对从站地址、功能码、寄存器地址、数据?等进?设定。 尽管从站遥控接收机已经具备了Modbus通信所需要的功能码和存放数据的保持寄存器号,但S7-200PLC Modbus RTU主站读写功能块中并没有直接写出对从站操作的功能码和保持寄存器号,而是通过对RW、Addr和Count几个参数的设置,由S7-200PLC系统程序转换为符合Modbus协议规定的功能码和存放数据的保持寄存器号。 其中Modbus数据地址Addr尤为重要,有00xxx、10xxx、30xxx和4xxxx四种形式,分别表示数字?输出、数字?输入、模拟?输入等数据地址,Modbus数据地址对应的数据类型如表4所示。 表4选择读写的数据类型表Modbus数据地址数据类型0000100xxx开关?输出1000110xxx开关?输入3000130xxx模拟?输入400014xxxx保持寄存器表4中开关?输出和保持寄存器支持读和写功能,开关?输入和模拟?输入支持读功能。 S7-200PLC Modbus数据地址访问的数据,是通过各种功能读写实现的,所谓的功能就是Mod-bus协议中的功能代码,例如:10xxx表示对开关?输入操作,对应Modbus协议中的功能代码01。 根据从站遥控接收机数据帧格式和功能码,主站S7-200PLC只需读写其保持寄存器中的数据。 因此将S7-200PLC读写功能块中的Modbus数据地址Addr设置为4xxxx,其中4代表对从站保持寄存器操作,xxxx代表从站遥控接收机中保持寄存器号。 主站S7-200PLC功能块中设置的Mod-bus数据地址与对应的从站保持寄存器号如表5所示。 要实现主从站数据通信,需要分配S7-200PLC数据区。 VB0VB7存放从遥控接收机读入的数据,VB8VB128存放从S7-200PLC写出的数据。 根据S7-200PLC读写功能块MBUS-MSG中数据指针DataPtr的意义,PLC读功能块中数据指针DataPtr设置为&VB0,写功能块中数据指针DataPtr设置为&VB8,从站保持寄存器号与对应的S7-200PLC数据区如表 6、7所示。 表5Modbus数据地址与对应的从站保持寄存器号表M odbus数据地址保持寄存器号400010x0000400020x0001400640x003F表6读入的数据对应的S7-200PLC数据区表保持寄存器号S7-200PLC数据区高字节低字节0x0000VB0VB10x0001VB2VB30x0002VB4VB50x0003VB6VB7表7写出的数据对应的S7-200PLC数据区表保持寄存器号S7-200PLC数据区高字节低字节0x0004VB8VB90x0005VB10VB110x003F VB127VB1282.4PLC和遥控接收机通信的软件设计?需要任何硬件电?,就可以实现符合Mod-busRTU协议的S7-200PLC和遥控接收机之间的主从通信,同时对软件的编写没有任何特殊要求。 遥控接收机的通信采用?中断方式,一旦PLC有通信要求,则响应中断,执?中断服务程序。 PLC主动联络遥控接收机:首先发送地址,遥控接收机接收到地址后与本机地址相比较,如果地址符合,就回送地址表示确认,当PLC收到确认地址后,就可以接收遥控接收机发送的数据。 发送数据时,Modbus以LSB在先的形式传送数字?,以MSB在先的形式传送模拟?1。 PLC侧的通信程序可直接利用S7-200PLC ModbusRTU主站指令库。 调用Modbus指令库时,需要分配指令数据区,用于给库的子程序和中断程序提供所要用到的变?存储空间。 另外,ModbusRTU主站指令库使用了一些用户中断功能,编其它程序时?能在用户程序中禁止中断,其程序流程如图3所示。 85年第4期金江等:基于Modbus协议的S7-200PLC与矿用智能遥控接收机的通信图3数据通信程序流程图3实际应用采掘设备的控制器选型为西门子PLCCPU226,将其作为ModbusRTU主站,利用PLCCPU226自由口Port0实现ModbusRTU主从站通信。 遥控发射机将电机、油缸的控制信号及变频器的外部频率指令信号传送给采掘设备的控制器CPU226,CPU226接收到数据后,完成相应的处?和显示。 试验表明:采用上述原?构成的通信方法,主机编程简单,数据通信可靠。 4结语利用ModbusRTU主站协议实现的S7-200PLC与矿用智能遥控接收机的通信已应用于矿用采掘设备中,S7-200PLC既可作为现场控制,又可作为主从站通信的主机,?仅降低了成本,而且增加了通信的可靠性。 此外,主站编程简单,结构规范,思?清晰,方?灵活。 总之,S7-200PLC作为Modbus主站的成功应用,将使S7-200PLC的应用?加具有实际的意义。 参考文献:1刘新华.基于Modbus协议PLC通信的模块化实现J.电气自动化,xx (1).第4期xx?8月工矿自动化Industry andMine AutomationNo.4Aug.xx:1671-251X (xx)04-0086-03基于S7-300PLC的制动器闸瓦间隙监测装置的设计雷汝海1,王军1,赵振明2(1.中国矿业大学信电学院,江苏徐州221008;2.兖矿集团贵州发耳煤业有限公司,山东邹城273500)摘要:文章介绍了一种提升