西门子S7-200模拟量编程

西门子 S7 200 模拟量编程 本文以 EM235 为例讲解 S7 200 模拟量编程 主要包括以下内容 1 模拟量扩展模块接线图及模块设置 2 模拟量扩展模块的寻址 3 模拟量值和 A D 转换值的转换 4 编程实例 模拟量扩展模块接线图及模块设置 EM235 是最常用的模拟量扩展模块 它实现了 4 路模拟量输入和 1 路模拟 量输出功能 下面以 EM235 为例讲解模拟量扩展模块接线图 如图 1 图 1 图 1 演示了模拟量扩展模块的接线方法 对于电压信号 按正 负极直接 接入 X 和 X 对于电流信号 将 RX 和 X 短接后接入电流输入信号的 端 未连接传感器的通道要将 X 和 X 短接 对于某一模块 只能将输入端同时设置为一种量程和格式 即相同的输入 量程和分辨率 后面将详细介绍 EM235 的常用技术参数 模拟量输入特性 模拟量输入点数 4 电压 单极性 0 10V 0 5V 0 1V 0 500mV 0 100mV 0 50mV 电压 双极性 10V 5V 2 5V 1V 500mV 250mV 100mV 50mV 25mV 输入范围 电流 0 20mA 数据字格式双极性 全量程范围 32000 32000 单极性 全量程范围 0 32000 分辨率12 位 A D 转换器 模拟量输出特性 模拟量输出点数 1 信号范围电压输出 10V 电流输出 0 20mA 数据字格式电压 32000 32000 电流 0 32000 分辨率电流电压 12 位 电流 11 位 下表说明如何用 DIP 开关设置 EM235 扩展模块 开关 1 到 6 可选择输入模 拟量的单 双极性 增益和衰减 EM235EM235 开关开关 SW1SW1 SW2SW2 SW3SW3 SW4SW4 SW5SW5 SW6SW6 单单 双极性选择双极性选择增益选择增益选择衰减选择衰减选择 ON 单极性 OFF 双极性 OFF OFF X1 OFF ON X10 ONOFF X100 ONON 无效 ONOFF OFF 0 8 OFF ONOFF 0 4 OFF OFF ON 0 2 由上表可知 DIP 开关 SW6 决定模拟量输入的单双极性 当 SW6 为 ON 时 模拟量输入为单极性输入 SW6 为 OFF 时 模拟量输入为双极性输入 SW4 和 SW5 决定输入模拟量的增益选择 而 SW1 SW2 SW3 共同决定了模 拟量的衰减选择 根据上表 6 个 DIP 开关的功能进行排列组合 所有的输入设置如下表 6 个 DIP 开关决定了所有的输入设置 也就是说开关的设置应用于整个模 块 开关设置也只有在重新上电后才能生效 输入校准 模拟量输入模块使用前应进行输入校准 其实出厂前已经进行了输入校准 如果 OFFSET 和 GAIN 电位器已被重新调整 需要重新进行输入校准 其步骤如 下 A 切断模块电源 选择需要的输入范围 B 接通 CPU 和模块电源 使模块稳定 15 分钟 C 用一个变送器 一个电压源或一个电流源 将零值信号加到一个输入端 D 读取适当的输入通道在 CPU 中的测量值 E 调节 OFFSET 偏置 电位计 直到读数为零 或所需要的数字数据值 F 将一个满刻度值信号接到输入端子中的一个 读出送到 CPU 的值 G 调节 GAIN 增益 电位计 直到读数为 32000 或所需要的数字数据值 H 必要时 重复偏置和增益校准过程 EM235 输入数据字格式 下图给出了 12 位数据值在 CPU 的模拟量输入字中的位置 单极性单极性 SW1SW1 SW2SW2SW3SW3 SW4SW4 SW5SW5 SW6SW6 满量程输入满量程输入分辨率分辨率 ONOFFOFFONOFFON 0 到 50mV 12 5 V OFFONOFFONOFFON 0 到 100mV 25 V ONOFFOFFOFFONON 0 到 500mV 125uA OFFONOFFOFFONON 0 到 1V 250 V ONOFFOFFOFFOFFON 0 到 5V 1 25mV ONOFFOFFOFFOFFON 0 到 20mA 5 A OFFONOFFOFFOFFON 0 到 10V 2 5mV 双极性双极性 SW1SW1 SW2SW2SW3SW3SW4SW4SW5SW5SW6SW6 满量程输入满量程输入分辨率分辨率 ONOFF OFF ONOFF OFF 25mV 12 5 V OFF ONOFF ONOFF OFF 50mV 25 V OFF OFF ONONOFF OFF 100mV 50 V ONOFF OFF OFF ONOFF 250mV 125 V OFF ONOFF OFF ONOFF 500 250 V OFF OFF ONOFF ONOFF 1V 500 V ONOFF OFF OFF OFF OFF 2 5V 1 25mV OFF ONOFF OFF OFF OFF 5V 2 5mV OFF OFF ONOFF OFF OFF 10V 5mV 图 2 可见 模拟量到数字量转换器 ADC 的 12 位读数是左对齐的 最高有效 位是符号位 0 表示正值 在单极性格式中 3 个连续的 0 使得模拟量到数字量 转换器 ADC 每变化 1 个单位 数据字则以 8 个单位变化 在双极性格式中 4 个连续的 0 使得模拟量到数字量转换器每变化 1 个单位 数据字则以 16 为单 位变化 EM235 输出数据字格式 图 3 给出了 12 位数据值在 CPU 的模拟量输出字中的位置 图 3 数字量到模拟量转换器 DAC 的 12 位读数在其输出格式中是左端对齐的 最高有效位是符号位 0 表示正值 模拟量扩展模块的寻址 每个模拟量扩展模块 按扩展模块的先后顺序进行排序 其中 模拟量根 据输入 输出不同分别排序 模拟量的数据格式为一个字长 所以地址必须从 偶数字节开始 例如 AIW0 AIW2 AIW4 AQW0 AQW2 每个模拟量 扩展模块至少占两个通道 即使第一个模块只有一个输出 AQW0 第二个模块模 拟量输出地址也应从 AQW4 开始寻址 以此类推 图 4 演示了 CPU224 后面依次排列一个 4 输入 4 输出数字量模块 一个 8 输入数字量模块 一个 4 模拟输入 1 模拟输出模块 一个 8 输出数字量模块 一个 4 模拟输入 1 模拟输出模块的寻址情况 其中 灰色通道不能使用 图 4 模拟量值和 A D 转换值的转换 假设模拟量的标准电信号是 A0 Am 如 4 20mA A D 转换后数值为 D0 Dm 如 6400 32000 设模拟量的标准电信号是 A A D 转换后的相应数 值为 D 由于是线性关系 函数关系 A f D 可以表示为数学方程 A D D0 Am A0 Dm D0 A0 根据该方程式 可以方便地根据 D 值计算出 A 值 将该方程式逆变换 得 出函数关系 D f A 可以表示为数学方程 D A A0 Dm D0 Am A0 D0 具体举一个实例 以 S7 200 和 4 20mA 为例 经 A D 转换后 我们得到的 数值是 6400 32000 即 A0 4 Am 20 D0 6400 Dm 32000 代入公式 得出 A D 6400 20 4 32000 6400 4 假设该模拟量与 AIW0 对应 则当 AIW0 的值为 12800 时 相应的模拟电信 号是 6400 16 25600 4 8mA 又如 某温度传感器 10 60 与 4 20mA 相对应 以 T 表示温度值 AIW0 为 PLC 模拟量采样值 则根据上式直接代入得出 T 70 AIW0 6400 25600 10 可以用 T 直接显示温度值 模拟量值和 A D 转换值的转换理解起来比较困难 该段多读几遍 结合所 举例子 就会理解 为了让您方便地理解 我们再举一个例子 某压力变送器 当压力达到满量程 5MPa 时 压力变送器的输出电流是 20mA AIW0 的数值是 32000 可见 每毫安对应的 A D 值为 32000 20 测得当 压力为 0 1MPa 时 压力变送器的电流应为 4mA A D 值为 32000 20 4 6400 由此得出 AIW0 的数值转换为实际压力值 单位为 KPa 的计算公 式为 VW0 的值 AIW0 的值 6400 5000 100 32000 6400 100 单位 KPa 编程实例 您可以组建一个小的实例系统演示模拟量编程 本实例的的 CPU 是 CPU222 仅 带一个模拟量扩展模块 EM235 该模块的第一个通道连接一块带 4 20mA 变送 输出的温度显示仪表 该仪表的量程设置为 0 100 度 即 0 度时输出 4mA 100 度时输出 20mA 温度显示仪表的铂电阻输入端接入一个 220 欧姆可调 电位器 简单编程如下 温度显示值 AIW0 6400 256 编译并运行程序 观察程序状态 VW30 即为显示的温度值 对照仪表显示值是 否一致 MODBUS RTU 通讯协议在通讯协议在 S7 200 中的应用中的应用 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 2 Modbus 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 Modbus RTU 从 站 此功能是通过 S7 200 的自由口通讯模式实现 因此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 200 CPU 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 Modbus RTU 通讯 需要 Step7 Micro WIN32 V3 2 以上版本的 编程软件 而且须安装 Step7 Micro WIN32 V3 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 首先检查 S7 200 控制系统中所用 Micro WIN 的软件版本 应当是 Step7 Micro WIN V3 2 以上版本 2 检查 Micro WIN 的指令树中是否存在 Modbus RTU 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 WIN32 V3 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 最大 I Q 位 参与通讯的最大 I O 点数 S7 200 的 I O 映像区为 128 128 缺 省值为 128 最大 AI 字数 参与通讯的最大 AI 通道数 可为 16 或 32 最大保持寄存器区 参与通讯的 V 存储区字 VW 保持寄存器区起始地址 以 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 Library Memory 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 200 CPU 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 3 Modbus RTU 协议测试 包含 Modbus RTU 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 Modbus RTU 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 3 Modbus RTU 测试软件 ModScan32 图 3 中 ModScan32 测试软件的画面中相关参数意义如下 Address ModBus 中存储区的起始地址 Device Id PLC ModBus 的端口地址 Length 参与通讯的 V 存储区字的长度 3 2 参数设置 对 ModScan32 测试软件的通讯参数进行相关设置 要与 S7 200 的 Modbus RTU 指令库 MBUS INIT 中所设定的参数相统一 这样即可进行通讯检测 ModScan32 通讯参数设置如图 4 所示 4 ModScan32 通讯参数设置 4 MODBUS 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 Modbus RTU 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 Modbus RTU 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 如何用如何用 S7 200S7 200 实现实现 ModbusModbus 通信通信 说明说明 用下面的例程你可以在 S7 200 CPU 之间建立一个简单的 Modbus 主 从通讯 这个例子是关于 Modbus 功能码 6 的 写从站保持寄存器 也可以作为其他 所支持的功能码的基本参数设置步骤 1 2 3 4 5 15 和 16 要求 要使用 Modbus 协议必须先获得并在 STEP 7 Micro Win 中安装指令库 Modbus 主站协议只被 STEP 7 Micro Win V4 0 SP5 及其以上版本支持 1 硬件设置 2 参数匹配 3 指令库的存储地址 4 保持寄存器变量传输 1 硬件设置 例程中的 Modbus 通讯是在两个 S7 200 CPU 的 0 号通讯口间进行的 最好每 个 CPU 都有两个通讯口 在主站侧也可以用相应库文件 MBUS CTRL P1 和 MBUS MSG P1 通过 1 号通讯口通信 通讯口 1 用 Micro WIN 与 PG 或 PC 建 立连接 两个 CPU 的通讯口 0 通过 Profibus 缆进行连接 电缆的针脚 连接 为 3 3 8 8 见图 01 另外 需要确定逻辑地 M 相连 2 2 参数匹配参数匹配 对于 MODBUS 通讯 主站侧需要程序库 MBUS CTRL 和 MBUS MSG 从站侧 需要程序库 MBUS INIT and MBUS SLAVE 在 Micro WIN 中您需要为主站和从站新建一个项目 程序与参数设置见图 02 必须要保证主站与从站的 Baud 和 Parity 的参数设置要一致 并且程 序块 MBUS MSG 中的 Slave 地址要与程序块 MBUS INIT 中的 Addr 所设置的一致 见图 02 在 Micro WIN 系统块 中设置的通讯口 0 的波 特率与 MODBUS 协议无关 Mode 1 下面的表格列出了程序块各个参数选项及其含义 主站 MBUS CTRL MBUS MSGMBUS MSG 2 最大的地址取决于所用 CPU 的 类型及其最大值 3 参看 STEP 7 Micro WIN 帮助 MODBUS 从站协议的错误代码 MBUS SLAVEMBUS SLAVE 看 STEP 7 Micro WIN 帮助 MODBUS 从站协议的错误代码 3 库的存储地址 项目完成后必须要在 Micro WIN 中定义库的存储地址 当定义完存储区后 要 保证在任何情况下不能再被其它程序所使用 主站侧 DataPtr Count 从站侧 HoldStart MaxHold 4 4 保持寄存器值的传输保持寄存器值的传输 将程序下载到相应的 CPU 后 可以在状态表中给主站侧的 V 存储区赋值 然 后从站侧监视数值的变化 当主站的 I0 0 使能后 VW2 中的内容就被发送到从站并写入从站的 VW2 保持寄存器值的传输见图 04 指针 DataPtr 代表了被读的 V 区起始地址 参数 Count 指定了被写入地址 Addr 4xxxx 保持寄存器 字的个数 相应 V 存储区的变量将被写到保持寄存器启始地址 Addr 40002 RW 1 中 保持寄存器是以字为单位传输的 它与从站的 V 区地址对应 指针 HoldStart 指定了与保持寄存器起始地址 40001 相对应的 V 存储区的 初始地址 可以按下面公式计算从站的 V 区目标指针 2 Addr 40001 HoldStart 2 40002 40001 USS RPM D USS RPM R 三条指令 分别用于读取变频器的一个无符号字 一个无符号双字和一个实数 类型的参数 该指令的参数如表 3 所示 4 写变频器参数的 USS WPM X 指令 写变频器参数的指令包括 USS WPM W USS WPM D USS WPM R 三条指令 分别用于向指定变频器写入一个无符号字 一个无符号双字和一个 实数类型的参数 该指令的参数如表 4 所示 四 在使用 USS 协议时变频器的相关参数设定如下 以 MM440 为例 1 P0003 3 允许访问变频器的所有参数 2 P0970 1 允许变频器通过参数复位 3 P0700 5 变频器的控制方式选择为通讯方式 4 P2010 2 6 变频器的 US