1、項目背景及結構
①項目簡介
該項目為某石灰窯的3套窯爐自動化控制系統，涉及到傳輸設備、破碎設備、均料器、篩選設備，變頻控制鼓風機設備。其中，現場每套窯爐均有13路溫度信號需要采集，采用了3臺16路溫度巡檢儀來解決此問題，如圖1所示。
圖1 石灰窯自動化控制系統運行監控畫面
②控制結構
該項目控制部分用的是西門子S7-200系列CPU 224XP CN REL 02.02，通過網線實現以太網通訊硬件連接。數字量DI 64點，DO 32點；模擬量AI3點，主要是風量監測，26路溫度通過溫度巡檢儀采集到CPU。程序結構采用調用子程序的方式展開。子程序調用示例如圖2所示。
圖2 STEP 7-MicroWIN程序組態
采集的數據通過OPC服務器與上位通訊，其中的接口軟件采用的是KEPServer V4.0，上位軟件變量管理結構如圖3所示。
圖3 上位軟件變量管理結構
2、S7-200 PLC程序設計
①昌暉16路巡檢儀YR-GFM809介紹
多路溫度巡檢儀通訊協議采用標準Modbus協議，所用的傳輸模式為RTU模式。采用先進的微電腦技術及芯片，性能可靠，抗干擾能力強，與各類傳感器、變送器配合使用，可對多路溫度、壓力、液位、流量、重量等工業過程參數進行巡回檢測、報警控制、變送輸出、數據采集及通訊。通訊協議設計保證了單片機與PLC之間的無誤碼傳輸，使儀表的參數設定和修改更加簡單。硬件設計保證了輸入電路測量精度，軟件設計保證了 A/D轉換電路測量精度。
通訊口設置如下：通訊方式異步串行通訊接口RS485，波特率采用9600bps。字節數據格式為：1位起始位、8位數據位、1位停止位、無校驗。寄存器地址根據說明書給出的表格對應即可。
②程序結構
由于上位機與PLC距離較遠約100m，采用PPI通訊最遠保證距離為50m，所以采用以太網通訊。以太網通訊配置步驟如下：在向導-以太網中建立新的配置，選擇CP243-(16GK7 243-1EX00-0XE0），定義IP地址為192.168.27.2，其中，注意為配置分配存儲區，模塊的配置塊要求24個字節的V存儲區。根據程序員選項，本例中配置的總計大小為159個字節，選擇區域為VB379至VB537，如圖4所示。
圖4 以太網通訊組態結構
設置CP243-1所占用的輸出字節地址，此地址根據計算CP243-1前面的I/O所占用的Q地址字節來決定。本例中CP243-1安裝在緊挨CPU的0號槽，其前面輸出就占用了QB0和QB1兩個字節，CP243-1的地址按順序排，即設為QB2。CP243-1模塊占用一個QB輸出字節。
完成以太網向導配置后，需要在程序中調用以太網向導生成的ETHX_CTRL，并將項目程序下載后，將PLC斷電重新上電使得配置生效。
本系統巡檢儀與S7-200的通訊通過Mi-cro/WIN MBUS指令實現的。欲在S7-200程序中使用Modbus主設備指令，首先插入MBUS_CTRL指令，調用指令后，初始化完成。在灰窯溫度檢測系統中，Modbus主設備通訊速率設置為9600bps，無奇偶校驗。從站允許應答時間為1000ms。程序如圖5所示。
圖5 初始化調用MBUS_CTRL指令
其中，EN-使能：必須保證每一掃描周期都被使能；Mode-模式：常為1，使能Modbus協議功能；Baud-波特率：設置要與從站對應，本例設為9600；Panty-校驗：0為無校驗；Timeout-超時：主站等待從站相應時間，這個值必須足夠大以保證從站有時間響應；Done-完成位：初始化完成，自動置位，可用于啟動MBUS_MSG程序；Error-初始化錯誤。初始化完成后，啟動讀寫指令V700.1。程序如圖6所示。
圖6 置位V700.1啟動循環執行指令
讀取從站數據調用MBUS_MSG指令，程序如圖7所示。
圖7 循環調用MBUS_MSG指令
V700.1 置位讀取從站數據，讀取保持寄存器40144起始的13個數據，根據數據格式寫入&VB1000，如40144為32位浮點數，則保存在VB1000、VB1001、VB1002、VB1003中，依次類推，讀取完成V702.1置位，復位讀取從站保持寄存器V700.1、V702.3。
EN-使能：同一時刻只能有一個讀寫操作，建議每一個讀寫功能都用設一個MBUS_MSG指令的Done完成位來激活，以保證所有讀寫指令的循環進行；First-讀寫請求位，每一個新的讀寫操作必須使用脈沖觸發；Slave-從站地址，一般可選范圍為1-247；RW-0為讀操作，1為寫操作，開關量輸出和保持寄存器支持讀和寫操作，開關量輸入僅支持讀功能；Addr-讀寫從站的數據地址，00001-09999是開關量輸出，10001-19999是開關量輸入，30001～39999是模擬量輸入，40001-49999是保持寄存器；DataPtr-數據指針，如果是讀指令，讀回來的數據放到此數據區中，如果是寫指令，要寫出的數據放到此數據區中； Done-完成位；Error如果程序執行有誤，將錯誤信息在此顯示。
3、技術問題和優點
①系統建立過程中遇到的問題
A、WINCC 安裝過程中提示“SQL Server Native Client(9.00.2208.00)找不到”，問題原因在于缺少文件，在WINCC安裝包文件中找到sqlncli.msi安裝完成，解決問題。
B、在程序調用庫文件“MBUS_CTRL， MBUS_MSG”的時候，設置參數應該重點注意通訊速率，儀表地址，儀表讀取或寫入地址，PLC分配的存儲 地址。例如作主站的S7-200的MBUS_MSG指令向Modbus從站發送請求消息，和處理從站返回的響應消息。要讀取從站的I0.0開始的地址區時，它的輸入參數Addr(Modbus地址)為10001。S7-200從站保持寄存器的V區起始地址為VB200時，要讀取從站VW200開始的V存儲區時，保持寄存器的地址是40001。
C、執行程序MBUS-MSG程序過程中，Error錯誤指示為：3=接收超時(從站無響應)，原因是起始位設置錯誤，導致程序不能順利循環。
D、MicroWin版本低，程序安裝過程中沒有庫文件，單獨安裝庫文件后，方能使用。
②系統優點
采用標準的Modbus協議，傳輸模式為RTU模式，巡檢儀與S7-200通過MODBUS通訊傳輸數據。能節省硬件成本，減少敷線強度，降低檢修難度。而且此程序設計方法可推廣到PLC與變頻器的通訊控制方式上，可大量節省AI模塊的應用，降低工程成本。
介紹了一種西門子S7-200與智能儀表的通訊程序設計方法。基于WINCC組態軟件來監控灰窯設備的運行，在設計過程中運用PLC與智能儀表通訊，實現了對多了溫度信號的讀取。經過實踐證明，程序設計合理，程序庫文件調用簡單，簡便易行、可操作性強、成本低廉，具有很強的實用價值。
作者：李會寧
