西门子S7-1200PLC实教程 课件 第10-13章 PID控制- 运动控

第10章PID控制PID概述PID_CompactPID_TempPID_3Step1PID概述

PID的原理S7-1200PID功能S7-1200PID指令的区别PID的原理——自动控制自动控制开环控制给定控制扰动控制反馈控制复合控制最优控制、自适应控制、模糊控制PID的原理——（反馈控制）通过反馈信息，修正被控量信息与输入量之间的偏差控制器补水阀变送器水位设定汽包水位蒸汽汽包给水LTLCPID的原理——（反馈控制系统的组成）执行元件放大元件被控对象测量元件输入量输出量-测量元件；给定元件；比较元件；放大元件；执行元件。+PID的原理——（PID控制）执行元件放大元件被控对象测量元件输入量输出量-+基于反馈控制理论，在工程实际中，应用最为广泛的比例、积分、微分控制，简称PID控制PID控制PID的原理——（比例、积分、微分的作用）P调节迅速，减小误差存在静差，过大容易震荡I消除静差导致系统稳定性下降，动态响应变慢改善系统动态性能，减少超调，减少时间对噪声干扰有放大作用，对系统抗干扰不利DPID控制PID的原理——（PID优点）原理简单实用方便；实用性强；可以广泛应用在化工，冶金等领域；控制品质对其被控对象特性的变化不大敏感；对模型依赖性少，按PID控制进行工作的自动控制调节器早已商品化。S7-1200PID功能提供3个PID指令：PID_Compact、PID_3Step、PID_TempPID的调节回路数仅受程序大小及执行时间影响，没有具体数量限制；支持抗积分饱和功能；支持不同错误的响应；TIA提供了调试面板。具有模拟量或PWM输出的连续PID控制用于集成的执行器的专用步进式控制器可带两个执行器的用于加热和冷却的温度控制器S7-1200PID指令——S7-1200抗积分饱和功能原因被控对象偏差一时无法消除一段时间之后，控制器输出将进入积分饱和状态危害系统失去控制，造成控制性能恶化S7-1200PID指令——S7-1200抗积分饱和功能(PID_Compact&PID_3Stemp)达到调节值限值，此时积分分量IntegralSum将不再增加/减S7-1200PID指令——S7-1200抗积分饱和功能(PID_Temp)AntiWindUpMode响应0从控制器输出达到限值，主控制器不响应1从控制器输出达到限值，主控制器积分作用减弱2任一从控制器输出达到限值，主控制器积分作用立即暂停S7-1200PID功能PID_3Step、PID_Temp支持死区；PID_Temp支持控制带；PID_Temp支持串级控制。S7-1200PID指令——死区SetpointSetpoint+死区Setpoint-死区Input·OutputS7-1200PID指令——控制带SetpointSetpoint+控制带Setpoint-控制带InputOutputS7-1200PID指令背景DB的存储区需求CPU处理时间（典型）PID_Compact装载存储区，约12000bytesCPU121XC(FW>=4.1)300us工作存储区788bytes保持性存储区44bytesPID_3Step装载存储区，约15000bytesCPU121XC(FW>=4.1)410us工作存储区1040bytes保持性存储区60bytesPID_Temp装载存储区，约17000bytesCPU121XC(FW>=4.1)580us工作存储区1280bytes保持性存储区100bytesS7-1200PID指令——PID_Compact连续的PID控制可输出模拟量或脉冲宽度调制PWM输出S7-1200PID指令——PID_3Step用于开关量信号控制的执行器输出用于模拟量或二进制阀门控制位置反馈/停止信号集成的电机转换时间测量支持死区控制S7-1200PID指令——PID_Temp两套控制器参数用于加热和冷却模拟量或脉宽调制信号输出集成两个输出的自整定——尤其适合于温度过程带抗积分饱和的级联控制支持死区与控制带功能S7-1200PID指令——错误响应S7-1200PID指令——错误响应ErrorBits错误类型错误响应非活动错误待定当前值错误待定替代输出值16#0001Input超出范围切换到未激活自动模式

自动模式16#0008采样时间错误16#4000Disturbance无效16#0002InputPER无效输出保持为错误出现前最后一个有效值；错误离开后，PID切回自动输出组态的“替换输出值”；错误离开后，PID切回到自动16#0200Input无效16#1000Setpoint无效16#20000替代值无效S7-1200PID指令——PID调试面板测量在实时趋势中显示设定值、过程值和输出值调节对PID参数进行自整定，可选择预调节或精确调节S7-1200PID指令——S7-1200PID参数整定预调节：确定对输出值跳变的过程响应，并搜索拐点。主要要求：设定值-过程值>过程值（高限值-低限值）的30%设定值-过程值>设定值的50%Y(t)t设定值过程值S7-1200PID指令——S7-1200PID参数整定精确调节：使过程值出现恒定受限的振荡，并根据此振荡的幅度和频率为操作点调节PID参数主要要求：控制器工作在操作点不希望有扰动tY(t)设定值过程值S7-1200PID指令——S7-1200PID参数整定手动调节：工程师通过经验或曲线观察法人工设置PID参数S7-1200PID功能块的区别指令PID_CompactPID_3StepPID_Temp模拟量输出

PWM输出

加热/制冷输出--

死区-

控制带--

串级控制--

预调节

精确调节

抗积分饱和

执行器阀位反馈-

-2.PID-CompactPID-Compact组态PID-Compact指令PID-Compact调试PID-Compact演示2.PID-Compact——PID-Compact功能可以组态模拟量输出可以组态PWM输出可以进行自整定调节可以手动进行参数设置有基本视图和扩展视图2.PID-Compact——PID-Compact组态创建工艺对象2.PID-Compact——PID-Compact组态组态基本设置2.PID-Compact——PID-Compact组态组态基本设置2.PID-Compact——PID-Compact组态组态基本设置2.PID-Compact——PID-Compact组态组态过程值设置2.PID-Compact——PID-Compact组态组态高级设置2.PID-Compact——PID-Compact组态组态高级设置2.PID-Compact——PID-Compact组态组态高级设置2.PID-Compact——PID-Compact指令调用指令2.PID-Compact——PID-Compact指令Input管脚参数名称数据类型说明SetpointREAL设定值InputREAL反馈值（工程量）Input_PERINT反馈值（模拟量）DisturbanceREAL扰动量ManualEnableBOOL手动模式按钮ManualValueREAL手动输出值EeeorAckBOOL错误确认ResetBOOL重启PID2.PID-Compact——PID-Compact指令Input管脚参数名称数据类型说明ModeActiveBOOL激活Mode中的模式ModeINT0：未激活1：预调节2：精确调节3：自动模式4：手动模式2.PID-Compact——PID-Compact指令Output管脚参数名称数据类型说明ScaledInputREAL标定后的过程值OutputREAL输出（工程量）Output_PERINT输出（模拟量）Output_PWMBOOL输出（脉宽调制）SetpointLimit_HBOOL设定值超出上限SetpointLimit_LBOOL设定值超出下限InputWarning_HBOOL反馈超出上限警告InputWarning_LBOOL反馈超出下限警告StateINT输出Mode的状态ErrorBOOL错误ErrorBitsDWORD错误代码2.PID-Compact——PID-Compact调试预调节设定值-过程值>过程值的（高限值-低限值）的30%设定值-过程值>设定值的50%2.PID-Compact——PID-Compact调试精确调节控制回路已稳定，例如预整定完成不希望有扰动2.PID-Compact——PID_Compact演示

演示内容工艺对象内建立并组态PID_Compact;程序内创建循环中断，并调用PID_Compact指令调用被控对象仿真块进行预调节进行精确调节2.PID-Compact——PID_Compact演示

演示内容工艺对象内建立并组态PID_Compact;程序内创建循环中断，并调用PID_Compact指令调用被控对象仿真块进行预调节进行精确调节2.PID-Compact——PID_Compact演示创建PID工艺对象有两种方式：工艺对象内添加对象1项目树左侧——工艺对象——新增对象——PID——PID_Compact12.PID-Compact——PID_Compact演示创建PID工艺对象有两种方式：程序内调用PID指令22首先建立循环中断——选择右侧的工艺对象——PID控制——PID_Compact2.PID-Compact——PID_Compact演示——PID_Compact组态2.PID-Compact——PID_Compact演示——PID_Compact组态（基本设置）2.PID-Compact——PID_Compact演示——PID_Compact组态（过程值设置）2.PID-Compact——PID_Compact演示——PID_Compact组态（高级设置）2.PID-Compact——PID_Compact演示——PID_Compact组态（高级设置）2.PID-Compact——PID_Compact演示——PID_Compact调试2.PID-Compact——PID_Compact演示——PID_Compact调试2.PID-Compact——PID_Compact演示——PID_Compact调试2.PID-Compact——PID_Compact演示——PID_Compact调试2.PID-Compact——PID_Compact演示——PID_Compact调试2.PID-Compact——PID_Compact演示——PID_Compact调试2.PID-Compact——PID_Compact演示——PID_Compact调试3PID_3StepPID_3Step指令可对具有阀门自调节的PID控制器或具有积分行为的执行器进行组态。三位执行机构的特征如下。（1）只接受开启/关闭两个数字量输出控制。（2）具有开到位/关到位的限位开关输入信号或具有模拟量反馈位置信号。3PID_3Step3PID_3Step参

数数据类型说

明SetpointREALPID控制器在自动模式下的设定值InputREALPID控制器的过程值（工程量）Input_PERINTPID控制器的过程值（模拟量）Actuator_HBOOL执行器上限位Actuator_LBOOL执行器下限位FeedbackREAL执行器的位置反馈（工程量）Feedback_PERINT执行器的位置反馈（模拟量）DisturbanceREAL扰动变量或预控制值ManualEnableBOOL为1时，切换到手动模式；由1变为0时，将切换到保存在Mode参数中的工作模式ManualValueREAL手动模式下的PID输出值（调节类执行器）Manual_UPBOOL执行器打开（开关类执行器）Manual_DNBOOL执行器关闭（开关类执行器）ErrorAckBOOLErrorAck由0变为1时，错误确认，清除已经离开的错误信息ResetBOOL重新启动控制器，PID输出，积分作用清零，不论错误是否离开都会清除错误ModeActiveBOOL由0变为1时，PID_3Step将切换到保存在Mode参数中的工作模式3PID_3Step参

数数据类型说

明ScaledInputREAL标定后的过程值ScaledFeedbackREAL标定后的位置反馈Output_UPBOOL执行器打开数字量输出（开关类执行器）Output_DNBOOL执行器关闭数字量输出（开关量执行器）Output_PERINTPID控制器的模拟量输出（调节类执行器）SetpointLimit_HBOOL为1时设定值达到上限Setpoint≥Config.SetpointUpperLimitSetpointLimit_LBOOL为1时设定值达到下限Setpoint≥Config.SetpointLowerLimitInputWarning_HBOOL为1时过程值已达到或超出警告上限InputWarning_LBOOL为1时过程值已达到或超出警告下限

3PID_3Step参

数数据类型说

明ModeINT指定PID_3Step将转换到的工作模式State=0：未激活State=1：预调节State=2：精确调节State=3：自动模式State=4：手动模式State=6：转换时间测量State=10：无停止位信号的手动模式工作模式由以下沿激活ModeActivate的上升沿Reset的下降沿ManualEnable的下降沿4PID_TempPID_Temp指令提供了一种可对温度过程进行集成调节的PID控制器。PID_Temp可用于纯加热或加热/制冷应用。PID_Temp工艺对象提供具有集成和调节功能的连续PID控制器。PID_Temp专为温度控制而设计，适用于加热或加热/制冷。为此，其提供了两路输出，分别用于加热和制冷。另外，PID_Temp还可用于其他控制任务、级联，以及在手动或自动模式下使用。多个PID控制回路相互嵌套，形成了级联控制。主控制器的输出值作为从控制器的设定值，最外层从控制器的输出应用于执行器。级联控制的优点是可以迅速纠正控制系统中发生的扰动，显著降低扰动对受控变量的影响，从控制器回路以线性形式发挥作用。因此，这些非线性扰动对受控变量的负面影响可得到缓解。4PID_TempPID_Temp可连续采集在控制回路内测量的过程值，并将其与设定值进行比较。指令PID_Temp将根据生成的控制偏差计算加热和/或制冷的输出值，而该值用于将过程值调整到设定值。以巧克力融化装置为例，使用PID_Temp的级联控制系统（见图10-39）。PID_Temp_1主控制器将巧克力温度（TempChocolate）的过程值与用户在Setpoint参数中指定的设定值进行比较。其输出值OutputHeat构成从控制器PID_Temp_2的设定值。PID_Temp_2尝试将水浴温度（TempWater）的过程值调节到此设定值。PID_Temp_2的输出值直接作用于受控系统（水浴加热）的执行器，因此可影响水浴温度。而水浴温度又会影响巧克力温度。4PID_Temp建立工艺对象建立工艺对象，主要有两种方式。（1）在指令树中：工艺对象—新增对象—PID—PID_Temp—确定。（2）在程序块中：添加新块—组织块—Cyclincinterruput—确定—右侧指令树—工艺—PID控制—CompactPID—PIDTemp拖入到程序段内。因为要实现串级控制，则先调用主控制器（PID_Master）（见图10-40）。2．主控制器的组态点击PID_Temp右上角的组态按钮盒进行组态。4PID_Temp1）基本参数设置4PID_Temp2）过程值设置3）输出参数设置4PID_Temp4）高级参数设置4PID_Temp3．从控制器组态在OB30里拖入PID_Temp，名称为PID_Slave，如图10-50所示。1）基本参数设置4PID_Temp2）过程值设置4PID_Temp3）输出参数设置4PID_Temp4）高级参数设置4PID_Temp4．主/从控制器的级联4PID_Temp5．PID调试1）从控制器调试4PID_Temp4PID_Temp2）主控制器调试第11章S7-1200PLC通信功能介绍通信概述PG通信HMI通信S7通信OUC通信ProfinetIO通信S7-1200PLC的MODBUS通信功能应用1通信概述

1通信概述

1实时通信PROFINETIO2非实时通信PG、HMI、S7TCP、ISOonTCP、UDPModbusTCP

1通信概述

❶标准TCP/UDP通信组态和参数化诊断数据装载连接建立用户数据通信通道❷实时通信RT周期用户数据传输事件触发的消息/报警❸实时通道IRT同步用户数据传输抖动/1us

1通信概述——PROFINETIO

Profinet同时提供三种不同等级通信，实时通信和基于TCP/IP的标准通信可以同时存在❶TCP/UDP通信和IT标准通信，通信时间数量级为100ms❷实时通信用于对时间要求严格的通信过程，通信时间数量级为1-10ms❸等时同步实时通信可用于对时间要求特别严格的运动控制、通信时间数量级为1ms

1通信概述——PROFINETIO

1通信概述——PROFINETIO

S7-1200v4.0版本开始支持PROFINET智能设备功能可连接其他网络中的IO控制器S71200V4.1版本开始支持PROFINET共享设备功能最多可连接2个控制器2PG通信

❶在线连接❷上载、下载程序❸调试和诊断

3HMI通信HMI设备概述S7-1200与HMI设备在同一个项目中S7-1200与HMI设备在不同一个项目中HMI设备概述

3HMI通信

❶西门子精简面板、精致面板、移动面板❷SIMATICWINCC❸带有S7-1200CPU驱动的第三方HMI设备

S7-1200与HMI设备在同一个项目中

通过HMI设备向导建立HMI连接通过网络视图建立HMI连接通过在HMI画面中拖拽PLC变量的方式建立HMI连接通过HMI设备向导建立HMI连接

通信驱动程序通信接口PLC通过网络视图建立HMI连接

选择：连接>HMI连接端口间拖拽通过在HMI画面中拖拽PLC变量的方式建立HMI连接

将PLC站中的变量拖拽到HMI设备的画面中，将自动生成HMI连接HMI变量I/O域在相同项目中与HMI通信演示

演示内容：演示通过HMI向导建立与S7-1200的通信连接演示通过网络视图建立HMI与S7-1200的通信连接演示通过拖拽PLC变量到HMI画面中建立HMI与S7-1200的通信连接S71200与HMI设备在不同的项目中PLC代理：在一个工程项目中，经常会有不同的工程师对PLC和HMI设备进行编程组态，可以通过“PLC代理”功能导入PLC项目中的变量。PLC代理创建PLC代理（在HMI项目中）定义PLC代理：从其他项目连接数据（分别在PLC项目中）导出IPE文件（项目内工程组态IPE）（PLC变量、数据块、报警）导出PLC项目HMI与PLC代理建立连接如同标准PLC一样使用PLC代理PLC代理方法1：导入IPE文件的方法导入PLC代理数据在PLC项目中导出IPE文件（*.ipe）在HMI项目中创建PLC代理初始化设备代理：导入IPE文件（*.ipe）PLC中的变量发生变化需要在HMI中更新，可执行“更新设备代理的数据”方法2：通过PLC项目导入PLC代理数据（前提是有PLC项目，且导入之前必须先编译数据块）执行“初始化代理设备”时选择PLC项目文件；在PLC_2的设备代理数据中设置需要代理的数据，此时不需要导出IPE文件，具体过程如图11-34、图11-35、图11-36、图11-37、图11-38、图11-39、图11-40、图11-41所示。方法2：通过PLC项目导入PLC代理数据（前提是有PLC项目，且导入之前必须先编译数据块）方法2：通过PLC项目导入PLC代理数据（前提是有PLC项目，且导入之前必须先编译数据块）4S7通信

S7通信概述组态S7通信PUT/GET指令常见问题S7通信演示4S7通信——通信概述SIMATIC同构通信，用于SIMATICCPU之间通信使用了OSI参考模型第4层传输层和第7层应用层通信之间需要组态连接S7通信为SIMATIC同构通信，用于SIMATICCPU之间通信4S7通信——通信概述S7资源用于PUT/GET通信最多8+6个连接S7-1200CPU最多可组态14个S7连接4S7通信

❶SIMATIC同构通信，用于SIMATICCPU之间的通信❷使用了ISO参考模型第4层传输层和第7层应用层❸通信之前需要组态连接

4S7通信——组态S7连接单端组态:不同项目之间的PLC通信或者不同不同平台PLC之间的通信双端组态：同一项目、同一子网下两个CPU之间的相互通信4S7通信——组态S7连接单端组态:不同项目之间的PLC通信或者不同不同平台PLC之间的通信双端组态：同一项目、同一子网下两个CPU之间的相互通信4S7通信——组态S7连接（单端组态）❶创建新连接4S7通信——组态S7连接（单端组态）❷伙伴方选择未指定4S7通信——组态S7连接（单端组态）❸在常规属性中设置伙伴CPUIP地址4S7通信——组态S7连接（单端组态）❹查看本地ID4S7通信——组态S7连接（单端组态）❺设置TSAPTSAP（TransportServiceAccessPoint）

S7-1200/1500:03.00或03.01S7-300:03.02S7-400:03.0X4S7通信——组态S7连接（双端组态）4S7通信——组态S7连接单端组态：只需要下载客户端侧网络组态双端组态：通信双方都需要下载网络组态服务器：需要使能“允许来自远程对象PUT/GET通信访问”4S7通信——PUT/GET指令PUT：将数据写入伙伴CPUGET:读取伙伴CPU数据ADDR_X:伙伴CPU数据区域P#DB1.DBX0.0BYTE100SD_x/RD_x:本地CPU数据区域，支持优化访问伙伴CPU地址区域不支持优化访问4S7通信——应用举例通信任务：不同项目中的2个S7_1200PLC之间采用S7通信，PLC1作为S7通信的客户端读写PLC2数据步骤：创建S7连接调用PUT/GET指令监控表验证通信是否成功5开放式（OUC）通信

5开放式（OUC）通信——TCP通信

面向连接的通信协议，通信之前需要建立连接数据流服务，不传输消息的开始和结束消息TCP通信是面向连接、可靠安全的数据流服务TCP通信——指令介绍TCP通信——指令介绍TCP通信——TCON建立连接REQ:上升沿时触发建立连接作业ID:连接ID,用于区别不同的开放式用户通信CONNECT:用于描述通信连接，数据类型TCON_IP_v4TCP通信——TCON建立连接选择伙伴类型连接数据选择“新建”选择连接类型本地为“主动建立连接”设置伙伴方IP地址设置伙伴方Port地址TCON客户端TCP通信——TCON建立连接选择伙伴类型连接数据选择“新建”选择连接类型伙伴方为“主动建立连接”设置本地Port地址TCON服务器TCP通信——TCON建立连接TCON_IP_v4ConnectionType:连接类型ActiveEstablished：False服务器；Ture客户端RemoteAddress：伙伴IPRemotePort：伙伴PortLocalPort：本地PortTCP通信——TCON建立连接ActiveEstablishedFALSE:服务器侧TRUE:客户端侧

Port服务器侧需要设置本地端口客户端侧需要设置伙伴端口Server

Client

TCP通信——TSEND&TRCVREQ:上升沿时触发建立连接作业ID:连接ID,需要与TCON指令ID参数相同LEN:发送长度；为0时，发送长度取决于DTA指定的数据区域DATA:指向发送区域的指针，支持优化访问EN_R:启用接收作业ID:连接ID,需要与TCON指令ID参数相同LEN:发送长度；为0时，发送长度取决于DATA指定的数据区域DATA:指向接收区域的指针，支持优化访问ADHOC:用于接收动态长度数据TCP通信——TSEND&TRCVLEN=0时，创建接收缓冲区的长度等于DATA数据区长度LEN≠0时，创建接收缓冲区的长度等于LEN（≦DATA）接收缓冲区最大长度为8KADHOC=0定长接收。接收区满，接收到的数据才会被转送到数据块ADHOC=1变长接收。接收区只要接收到数据，数据才会被转送到数据块TCP通信——TDISCONREQ:上升沿启动取消TCP连接作业ID:用于指明取消哪个连接数据流的接收方式，接收长度与发送长度不相同时，不能保证数据包的一一对应。发送速度与接收速度需要匹配如果发送数据长度不大于1460B，可以考虑采用Ad-hoc模式TCP通信——通信演示通信任务：不同项目中的两个S7-1200PLC之间采用TCP通信PLC1作为TCP通信的客户端发送数据PLC2作为TCP服务器接收数据ISOonTCP通信

ISOonTCP位于OSI参考模型第4层，使用数据传输端口102使用RFC1006协议扩展，在TCP上定义了ISO传输特性ISOonTCP通信是面向消息协议UDP通信——UDP通信概述UDP通信概述UDP指令介绍常见问题UDP通信演示UDP通信——UDP通信概述非面向连接的协议，简单快速数据传输无需伙伴应答支持广播UDP通信是无连接、面向消息的数据传输协议UDP通信——UDP通信概述面向消息的数据传输协议，数据传输时传送消息长度和结束的信息UDP通信是无连接、面向消息的数据传输协议UDP通信UDP通信——指令介绍UDP通信提供了2套通信指令UDP通信——指令介绍TCON指令用于定义UDP服务UDP通信——TCON指令REQ：上升沿时定义UDP服务ID:连接ID，用于区别不同的开放式用户通信Connnect：用于描述通信系统，数据类型为TCON_IP_V4选择伙伴类型连接数据选择“新建”选择连接类型无需选择“主动建立连接”设置本地PortUDP通信——TCON指令TCON_IP_V4ConnectionType:连接类型ActiveEstablished:UDP无连接RemoteAddress/RemotePort:无需指定伙伴方IP和PortLocalIPort:需要设置本地PortUDP通信——TUSEND指令（发送数据）REQ:上升沿触发发送作业ID:连接IDLEN:发送长度：为0时，发送长度取决于DATA指定的数据区域。DATA:指向发送区的指针，支持优化访问，标准访问时可采用P#DB1.DBX0.0BYTE100发送UDP通信——TUSEND指令ADDR:定义通信伙伴方地址信息，数据类型为TADDR_ParamREM_IP_ADDR:伙伴方IP地址，支持广播（192.168.0.255）REM_PORT_NR:伙伴方Port地址UDP通信——TUSEND指令❷也可通过在数据块中添加类型TADDR_Param变量来实现❶通过添加类型为TADDR_Param数据块UDP通信——TURCV指令（接收数据）EN_R:启用接收作业ID:连接ID，需要与TCON指令ID参数相同LEN:接收长度：为0时，接收长度取决于DATA指定的数据区域DATA:指向接收区的指针，支持优化访问接收长度≥发送长度，即可保证接收能接收到发送方发出的所有数据UDP通信——TDISCON指令（释放服务）REQ:上升沿启动取消UDP服务ID:连接ID，需要与TCON指令ID参数相同UDP通信——应用举例

通信任务：不同项目中的2个S7-1200PLC之间采用UDP通信PLC1将本地时间通过UDP通信发送到PLC2，PLC2通过UDP通信接收PLC1发送的数据ModbusTCPMBAP报头用于识别Modbus应用数据单元MBAP报文头中附加了长度信息“单元标识符”用于替代“地址域”ModbusTCP是有连接、安全的、面向消息的传输协议客户端000100000006FF0300000002服务器000100000007FF0304000A0014ModbusTCP用于与服务器之间建立连接、发送Modbus请求、接收响应

处理客户端的连接请求、接收和处理Modbus请求并发送Modbus应答报文ModbusTCPEN=1时，建立TCP连接REQ：电平触发，建议采用上升沿信号触发DISCONNECT：断开TCP连接MB_DATA_PTR：指向数据缓冲区的指针

支持优化访问

支持标准访问MB_MODEMB_DATA_ADDRMB_DATA_LENModbus功能功能和数据类型01-99991-2000（位）01读取输出位010001-199991-2000（位）02读取输入位

040001-49999400001-4655351-125（WORD）03读取保持寄存器030001-399991-125（WORD）04读取输入字11-99991（位）05写入输出位1

40001-49999400001-4655351（WORD）06写入保持寄存器11-99992-1968（位）15写入多个输出位140001-49999400001-4655352-123（WORD）16写入多个保持寄存器21-99991-1968（位）15写入一个或多个输出位240001-49999400001-4655351-123（WORD）16写入一个或多个保持寄存器ModbusTCPModbusTCPModbus地址MB_HOLD_REG参数P#M100.0WIORD100P#DB1.DBX0.0WORD100“MyMoodbusTCP”buff40001MW00DB1.DBW0“MyModbusTCP”buff[0]40002MW102DB1.DBW2“MyModbusTCP”buff[1]40003MW104DB1.DBW4“MyModbusTCP”buff[2]……

40100MW298DB1.DBW198“MyModbusTCP”buff[99]Modbus地址S7-1200CPU功能码功能Modbus地址数据区CPU地址01读输出位00001-08192输出过程映像Q0.0-Q1023.702读输入位10001-18192输入过程映像I0.0-I1023.704读输入寄存器30001-30512输入过程映像IW0-IW102205写输出位00001-08192输出过程映像Q0.0-Q1023.715写输出位00001-08192输出过程映像Q0.0-Q1023.7ModbusTCP通信——应用举例通信任务：2个S7-1200PLC之间采用ModbusTCP方式交换数据PLC1作为ModbusTCP客户端读写PLC2数据PLC2作为ModbusTCP服务器应答数据6PROFINETIO通信

PROFINETIO通信概述PROFINETIO组态过程智能设备共享设备PROFINET通信演示6PROFINETIO通信——PROFINETIO通信概述PROFINET是开放的、标准的、实时的工业以太网标准，PROFINETIO主要用于模块化、分布式控制器。S7-1200CPU可通过PROFINETIO通信连接现场分布式站点（如ET200S、ET200SP等）。S7-1200固件版本在V4.0以上除了可以作为PROFINETIO控制器外还可以作为PFOFINETIO智能设备，固件版本在V4.1以上的开始支持共享设备功能，即最多与2个PROFINETIO控制器连接。

6PROFINETIO通信——PROFINETIO通信概述

16个IO设备所有IO设备子模块数量总和不超过256S7-1200V4.0版本开始支持PROFINETIO智能设备功能可连接其他网络中的IO控制器S7-1200V4.1本开始支持PROFINET共享设备功能最多可连接两个IO控制器6PROFINETIO通信——PROFINETIO组态过程IODevice组态为Device分配设备名称为各个Device分配IP分配设备名对指定的MAC地址分配设备名123启动为IO-Device分配IP地址建立连接，交换数据智能设备可连接位于其他项目中的控制器无需PN-PNcoupler控制器——设备之间是IO通信关系数据交换只需读写对应的IO智能设备同一项目不同项目（GSD）智能设备——同一项目智能设备——不同项目设置IP12设置PROFINETIO设备名称，不建议自动生成组态过程（智能设备）12智能设备——不同项目组态过程（智能设备）使能IO设备3定义传输区定义智能设备的IO地址区和通信长度434智能设备——不同项目组态过程（智能设备）5导出GSD文件6编译组态56智能设备——不同项目组态过程（IO控制器）设置IP1设置PROFINETIO设备名称，不建议自动生成2123导入GSD文件3IO控制器智能设备——不同项目组态过程（IO控制器）4安装GSD文件&更新硬件目录IO控制器智能设备——不同项目组态过程（IO控制器）5IO控制器分配IO控制器智能设备——不同项目组态过程（IO控制器）6查看传输区智能设备——不同项目控制器智能设备Q68...167I68...167Q100...199I100...199共享设备S7-1200作为I_DEVICE可被2个控制器访问可在CPU之间进行快速数据交换可与第三方控制器使用PROFINET通信共享设备——共享设备组态

分配IP地址、设备名称使能IO设备定义多个传输区域设置IO控制器的数量编译后，导出GSD文件共享设备——IO控制器组态设备视图中为各个传输区分配访问权限定义IO地址1221Controller1共享设备——IO控制器组态ShareDevice具有相同的IP和设备名称ShareDevice的每个传输区只能有一个IO控制器具有访问权限12Controller2共享设备——IO控制器组态Controller2Controller1共享设备控制器1共享设备Q100...199I100...199Q200...299I200...299控制器2Q300...399I300...399Q100...199I100...1997S7-1200PLC的MODBUS通信功能应用

了解Modbus通信协议的应用场合及学习的重要性Modbus通信协议的分类Modbus通信协议的特点7S7-1200PLC的MODBUS通信功能应用——了解Modbus通信协议的应用场合及学习的重要性

通信协议是设备与设备之间进行数据交换的一种语言，它规定了通信双方的数据的发送和接收的格式Modbus通信协议是Modicon公司提出的一种报文传输协议，在工业控制中得到了广泛的应用，已经成为一种通用的工业标准，许多工控产品都支持该通信协议Modbus通信协议是众多通信协议中的一种，是一种通用型通信协议智能温控仪表驱动器信号采集模块7S7-1200PLC的MODBUS通信功能应用——Modbus通信协议的分类

基于串行链路上的MODBUS通信MODBUSASCIIMODBUSRTU基于TCP/IP的MODBUS通信S7-1200PLC集成一个PROFINET接口S7-1200PLC有专门的指令来实现MODBUSRTU通信RTU通信比ASCII通信传输速度更快7S7-1200PLC的MODBUS通信功能应用——Modbus通信协议的特点

MODUBUS串行链路协议特点主——从协议请求——响应方式单一主站7S7-1200PLC的MODBUS通信功能应用——Modbus通信信息帧格式

起始符地址码功能码数据区校验码结束符RTU通信：通过时间来判断起始符和结束符地址码：为通信传送第一个字节，用于对从站的识别，每个从站有唯一的地址功能码：为传输的第二个字节，通过功能码告诉从站执行什么动作，如读写从站数据。数据地址怎么写？怎么转换？对通信来讲：命令代码包括读和写数据区：是需要传输的实际数据，包含数据地址和数据内容两部分内容数据区：数据地址即参数地址数据内容写命令：发送的具体代码或写入的实际数值读命令：一般指需要读取的个CRC校验算法步骤：设置CRC存储器为16#FFFF把第一个参与校验的8位数与CRC的低8位进行异或运算结果仍存于CRC把CRC右移一位，最高位补0，检查最低位b0位若b0=0，CRC不变，若b0=1，则CRC与16#A001进行异或运算，结果仍存于CRC重复3、4两步，直到右移8次，这样第一个八位数就进行处理了结果仍存于CRC重复2~5步，处理第二个8位数

7S7-1200PLC的MODBUS通信功能应用——Modbus通信信息帧格式

功能码描述位/字操作MODBUS地址01读线圈寄存器位操作00001-0999902读离散输入寄存器位操作10001-1999903读保持寄存器字操作40001-4999904读输入寄存器字操作30001-3999905写单个线圈寄存器位操作00001-0999906写单个保持寄存器字操作40001-4999915写多个线圈寄存器位操作00001-0999916写多个保持寄存器字操作40001-49999MODUBUS通信中常用功能码写的功能可以写一个或者多个地址的数据，如果对多个地址进行数据的写入，这些地址必须是连续的。7S7-1200PLC的MODBUS通信功能应用——串行模块介绍

Modbus主站智能温控仪表驱动器PLC控制器信号采集模块Modbus通信RS485Modbus从站

7S7-1200PLC的MODBUS通信功能应用——串行模块介绍

Modbus主站Modbus通信Modbus从站第三方PLCRS485

7S7-1200PLC的MODBUS通信功能应用——串行模块介绍

**S7-1200PLC进行Modbus通信必须要加通信模块或者通信信号板CM1241RS422/485CM1241RS232CB1241RS485RS485半双工RS422全双工RS232全双工这些扩展模块不需要外接电源

7S7-1200PLC的MODBUS通信功能应用——Modbus通信指令介绍

用于PROFINET和PROFIBUS分布式I/O中的ET200MP/ET200SP中的串口模块，S7-1200V4.1+CM1241V2.1指令用于通过CM1241通信模块或CB1241通信板进行串行通信MB_COMM_LOAD：用于设置Modbus（RTU）端口MB_MASTER：用于作主站MB_SLAVE：用于作从站7S7-1200PLC的MODBUS通信功能应用——Modbus通信——主站

7S7-1200PLC的MODBUS通信功能应用——Modbus通信——主站Modbus地址S7-1200CPU功能码功能Modbus地址数据区CPU地址01读输出位00001-08192输出过程映像Q0.0-Q1023.702读输入位10001-18192输入过程映像I0.0-I1023.704读输入寄存器30001-30512输入过程映像IW0-IW102205写输出位00001-08192输出过程映像Q0.0-Q1023.715写输出位00001-08192输出过程映像Q0.0-Q1023.7Modbus地址MB_HOLD_REG参数P#M100.0WIORD100P#DB1.DBX0.0WORD100“MyMoodbusTCP”buff40001MW00DB1.DBW0“MyModbusTCP”buff[0]40002MW102DB1.DBW2“MyModbusTCP”buff[1]40003MW104DB1.DBW4“MyModbusTCP”buff[2]……

40100MW298DB1.DBW198“MyModbusTCP”buff[99]

7S7-1200PLC的MODBUS通信功能应用——Modbus通信——主站

MB_COMM_LOAD:用于组态端口使用ModbusRTU协议来通信REQ:上升沿触发；OB100调用时，TRUE触发，OB1调用时，FirstScan触发PORT:串口模块的硬件标识符BAUD:波特率PARITY:奇偶校验选择：0——无、1——奇校验、2——偶校验MB_DB:“MB_MASTER”或“MB_SLAVE”指令的背景数据块S7-1200PLC的MODBUS通信功能应用——Modbus通信——主站

MB_MASTER指令允许程序作为MODBUS主站使用点对点模块（CM）或通信板（CB）上的端口进行通信REQ：电平触发；建议边沿触发MB_ADDR:MODBUSRTU从站地址MODE:模式选择：指定请求类型：读取——0、写入——1DATA_ADDR：从站中的起始地址：指定Modbus从站中将供访问的数据的起始地址。可在Modbus功能表中找到有效地址。DATA_LEN：数据长度：指定要在该请求中访问的位数或字数。可在Modbus功能表中找到有效长度。DATA_PTR：数据指针：指向CPU的数据块或位存储器地址，从该位置读取数据或向其写入数据。对于数据块，必须使用“标准-与S7-300/400兼容”访问类型进行创建。7S7-1200PLC的MODBUS通信功能应用——Modbus通信——从站

MB_COMM_SLAVE指令允许程序作为MODBUS从站使用点对点模块或通信板上的端口进行通信MB_ADDR:MODBUSRTU从站地址。MB_COMM_REG:指向MODBUS保持寄存器数据块的指针，不支持优化访问

ModbusRTU通信举例变频器运行控制命令及频率修改监控变频器参数运行控制命令代码及地址？变频器运行频率的存储地址？变频器状态的存储地址？输出频率、输出电流、输出电压等响应的地址？7S7-1200PLC的MODBUS通信功能应用——Modbus通信——从站

名称参数地址（寄存器地址）MODBUS寄存器地址命令代码（寄存器内容）

运行命令

0X3200

412801正转命令：0X1001反转命令：0X1003停机命令：0X1004修改频率0X3201412802写入频率值

变频器运行控制命令及频率修改实际频率值=写入数值*0.01HZ名称参数地址MODUBUS寄存器地址变频器状态0X330A413067输出频率0X3310413073输出电压0X3314413077输出电流0X3315413078监控变频器参数ModbusRTU通信举例ModbusRTU通信举例ModbusRTU通信举例ModbusRTU通信举例第12章高速计数器S7-1200高速计数器简介S7-1200高速计数器组态与指令介绍S7-1200高速计数器指令应用举例

1S7-1200高速计数器简介

S7-1200高速计数器概述计数器工作模式高速计数器计数类型1S7-1200高速计数器简介——高速计数器概述1S7-1200高速计数器简介——高速计数器概述数字量输入滤波器可以防止程序响应输入信号中的意外快速变化，这些变化可能因开关触点跳跃或电气噪声产生。对于设置为高速计数器的输入，需要将输入滤波时间设置为适合的值以避免计数器遗漏。输入滤波时间可检测到最大频率6.4ms78Hz3.2ms156Hz1.6ms312Hz0.8ms625Hz0.4ms1.25KHz0.2ms2.5KHz128us39KHz6.4us78KHz3.2us156KHz1S7-1200高速计数器简介——高速计数器概述在生产实践中，经常会需要用到高频信号进行检测的场合，如定位控制的应用中用于检测移动的距离或是转过的角度，检测电机运行的速度等。通常使用的反馈传感器为编码器或光栅尺，在运行的过程中编码器或光栅尺通过发出高频脉冲信号来实时对位置或速度进行反馈，PLC通过记录反馈的脉冲数来得到实时的位置或速度，由于PLC中所使用的普通计数器受PLC扫描的影响，往往无法用于对这些高频信号进行采集，因此对于这些高频信号的采集，就需要应用到PLC中的高速计数器进行采集。1S7-1200高速计数器简介——高速计数器概述S7-1200V4.0提供了最多6个高速计数器（HSC1~HSC6），其独立于CPU的扫描周期进行计算。1217C可测量的脉冲频率最高为1MHz，其它型号的S7-1200V4.0CPU可测量的单相脉冲频率最高为100KHz，A/B相最高为80KHz。如果使用信号板还可以测量单相脉冲频率高达200KHz，A/B相最高为160KHz。CPU型号CPU输入通道高速计数器工作模式单相或两个相位计数A/B正交计数CPU1211CIa.0到Ia.5100KHZ80KHZ

CPU1212CIa.0到Ia.5100KHZ80KHZIa.6，Ia.730KHZ20KHZCPU1214C和CPU1215CIa.0到Ia.5100KHZ80KHZIa.6到Ib.530KHZ20KHZCPU1217CIa.0到Ia.5100KHZ80KHZIa.6到Ib.130KHZ20KHZIb.2到Ib.5（2+，2-到5+，5-）1MHZ1MHZSB信号板SB输入通道高速计数器工作模式单相或两个相位计数A/B正交计数SB1211Ie.0到Ie.3200KHZ160KHZSB1223Ie0,Ie1200KHZ160KHZSB1223Ie0,Ie130KHZ20KHZ1S7-1200高速计数器简介——高速计数器概述S7-1200V4.0CPU和信号板具有可组态的硬件输入地址，因此可测量到高速计数器频率与高速计数器无关，而与所使用的CPU和信号板的硬件输入地址有关。每个高速计数器并没有固定脉冲信号输入端。高速计数器数据类型默认地址HSC1DINTID1000HSC2DINTID1004HSC3DINTID1008HSC4DINTID1012HSC5DINTID1016HSC6DINTID10201S7-1200高速计数器简介——计数器工作模式计数器工作模式单相计数双相计数A/B正交单倍频A/B正交四倍频1S7-1200高速计数器简介——计数器工作模式（单相计数）所谓单相计数指的是只有一路脉冲信号输入到PLC，计数器所记录的脉冲数体现为加还是减，取决于方向信号，由方向信号的ON和OFF进行决定。方向信号可以选择为用户程序（内部控制），也可以选择外部输入（外部控制）。1S7-1200高速计数器简介——计数器工作模式（双相计数）双相计数具有两路脉冲输入信号，即一路为增计数脉冲，一路为减计数脉冲，当增脉冲信号输入时，计数器的当前值往上加，当减脉冲信号输入时，计数器的当前值往下减。1S7-1200高速计数器简介——计数器工作模式（A/B正交单倍频）A/B相计数，计数时，A相脉冲和B相脉冲同时输入到PLC,当A相脉冲超前B相脉冲90度时，计数器当前值往上加，当A相脉冲滞后B相脉冲90度时，计数器的当前值往下减。1S7-1200高速计数器简介——计数器工作模式（A/B正交四倍频）A/B正交计数器4倍频计数方式与A/B正交1倍频计数方式一样，不同之处在于每个信号的沿产生时，计数器的当前值都会发生变化1S7-1200高速计数器简介——计数器计数类型计数器计数类型计数周期频率运动控制1S7-1200高速计数器简介——计数器计数类型（计数）计数功能用于对输入脉冲数进行记录，根据输入方向控制的状态递增或递减计数器的当前值，也可通过外部I/O指定对当前值进行重置计数值或取消计数。当选择为计数模式时，需要设置计数器的工作模式和计数方向，及初始化计数方向，初始值及参考值等。1S7-1200高速计数器简介——计数器计数类型（周期）会在指定的时间周期内计算输入脉冲的次数。返回脉冲的计数及持续时间（单位为纳秒）。会在频率测量周期指定的时间周期结束后，捕获并计算值。使用周期功能时，需要设置频率测量周期，频率周期可选择1s,0.1s或0.01s。1S7-1200高速计数器简介——计数器计数类型（频率）测量输入脉冲和持续时间，然后计算出脉冲的频率。程序会返回一个有符号的双精度整数的频率（单位为Hz）。如果计数方向向下，该值为负，会在频率测量周期指定的时间周期结束时，捕获并计算值。同样对于频率测量也需要设置频率测量周期时间。

1S7-1200高速计数器简介——计数器计数类型（运动控制）用于运动控制计数对象，不适用于HSC指令，主要用于运动控制时实现闭环控制时使用，使用运动控制功能时，需要设置好工作模式。

2S7-1200高速计数器组态与指令介绍高速计数器配置高速计数器指令高速计数器扩展指令2S7-1200高速计数器组态与指令介绍S7-1200高速计数器在使用时，需要在设备视图的CPU属性中对其进行配置，在S7-1200的高速计数器的配置项中，可根据实际使用的需要去进行选择配置。注意在使用时，根据所选择的CPU固件版本不一样，所需要配置的内容也会有所区别。固件版本为V4.1的CPU固件版本为V4.2的CPU2S7-1200高速计数器组态与指令介绍——基本配置

所谓基本配置，就是指V4.1版本CPU中一些高速计数器功能的配置，使用时只需要配置完成后，不需要使用高速计数器指令，就可以进行高速计数器的计数。在基本配置中主要包含的配置内容有：启用高速计数器、

高速计数器的计数类型、工作模式、初始值以及相应的组态时间及输出事件、相应的脉冲输入点及I/O地址。启用高速计数器2S7-1200高速计数器组态与指令介绍——配置高速计数器计数类型及工作模式

每个高速计数器可选择为不同的计数器类型及工作模式，因此在使用时需要根据需要的计数器类型及所接收的脉冲信号的类型选择对应的计数器类型及工作模式，在高速计数器名称下的功能选项中可以进行设置。2S7-1200高速计数器组态与指令介绍——初始值配置

当高速计数器的计数器类型选择为计数模式时，那么需要对初始值进行设置，若选择为周期或频率的计数模式时，无需设置初始值。在初始的设置中，需要设置初始计数器值和初始参考值，初始参考值可设置为两个。2S7-1200高速计数器组态与指令介绍——脉冲信号输入点配置

每个高速计数器并未指定固定的脉冲信号输入点，所以使用时需要进行配置，选择的高速脉冲输入信号点不一样，则所能接收的最高脉冲频率会不一样。输入滤波时间可检测到最大频率6.4ms78Hz3.2ms156Hz1.6ms312Hz0.8ms625Hz0.4ms1.25KHz0.2ms2.5KHz128us39KHz6.4us78KHz3.2us156KHz注意：需要调整响应的脉冲输入点的滤波时间2S7-1200高速计数器组态与指令介绍——I/O地址配置

每个HSC当前值都以双字的存储空间存储在I存储器中，输入地址的可用范围：I0.0至I1023.7，默认起始地址从ID1000开始，使用时注意不要出现使用重复的情况。2S7-1200高速计数器组态与指令介绍——事件组态配置

高速计数器的计数器模式选择为计数时，可以在事件组态中组态当前值等于预设值中断，使用外部复位信号中断及带有外部方向控制时的方向改变中断，可通过点击下拉列表分配（或新建）成对应的硬件OB块。2S7-1200高速计数器组态与指令介绍——比较输出配置

启用“比较输出”值功能会生成一个可组态脉冲，每次发生组态的事件时便会产生脉冲，脉冲周期可设置为1~500ms，占空比可设置为1~100%。注意：如果正在输出脉冲期间又发生了组态的事件，则该事件不会产生新的脉冲。

2S7-1200高速计数器组态与指令介绍——同步输入功能

同步输入功能的作用西门子S7-1200产品从固件版本V4.2起新增了高速计数器的同步功能，同步功能可通过外部输入信号给计数器设置起始刻度值。也可通过执行CTRL_HSC_EXT指令对起始刻度值进行更改，这样用户可以对高速计数器进行复位操作。同步始终以输入信号出现值为准，且无论内部门状态如何，同步时钟有效。若使用了CTRL_HSC_EXT指令必须将“HSC_Count.EnSync”位沿为true才能启用同步功能。

2S7-1200高速计数器组态与指令介绍——同步输入功能

同步输入功能的作用当EnSync=1时，外围同步信号成立时，计时器设置起始刻度值。

2S7-1200高速计数器组态与指令介绍——同步输入配置

同步输入的信号电平，可设置高电平或低电平有效，上升沿或下降沿等几种方式。当使用同步输入后，需要在硬件输入选项中设置对应的输入点。

2S7-1200高速计数器组态与指令介绍——门输入功能

门输入功能的作用西门子S7-1200产品从固件版本V4.2起新增了高速计数器的门输入功能，通过内部门的状态来决定高速计数器是否开始计数。

2S7-1200高速计数器组态与指令介绍——门输入功能

门信号的分类

每个HSC通道有“软件门和硬件门”，这些门的状态将决定内部门的状态。当内部门状态打开时，高速计数器可进行计数，硬件门在计数器的组态配置时进行配置，软件门通过对计数器指令CTRL_HSC_EXT对应的变量的状态来表示。硬件门软件门

2S7-1200高速计数器组态与指令介绍——门输入功能

内部门的状态使用CTRL_HSC_EXT指令后，必须要保证内部门功能打开后，计数器才能开始计数。内部门功能的状态由硬件门和软件门来控制，关系如下所示：

使用CTRL_HSC_EXT指令关联的SDT中的“HSC_Count.EnHSC”使能位可对控制软件门进行控制。开启软件门时，将“HSC_Count.EnHSC”位设置为true,关闭软件门时，将“HSC_Count.EnHSC”位设置为false。硬件门软件门内部门打开/未组态打开打开打开/未组态已关闭已关闭已关闭打开已关闭已关闭已关闭已关闭

2S7-1200高速计数器组态与指令介绍——门输入功能

硬件门信号输入的配置硬件门信号的配置，可配置为高电平有效或低电平有效，设置完成后，需要设置对用的输入点作为硬件门信号的输入点。2S7-1200高速计数器组态与指令介绍——捕捉功能捕捉功能的作用西门子S7-1200产品从固件版本V4.2起新增了高速计数器的门输入功能，通过“HSC_Count.EnCapture”位组态并启用捕获功能。捕获功能会在外部输入沿出现的位置捕获当前计数。指向CTRL_HSC_EXT指令后，程序会“HSC_Count.CapturedCount”存储捕获的值，无论内部门状态如何都可执行捕获功能始终有效必须通过用CTRL_HSC_EXT指令来获取捕获值。2S7-1200高速计数器组态与指令介绍——捕捉功能捕获信号输入配置通过捕获功能可实现对该高速计数器当前值进行保存。可以组态在上升沿或是下降沿或是上升沿与下降沿都进行捕捉。注意：捕捉输入功能在使用的过程中，需要配合高速计数器的扩展指令来一起使用。2S7-1200高速计数器组态与