西门子S7-1500与电子秤的Modbus-RTU通讯

2019-07-05舒秋旺

铜业工程 2019年3期

舒秋旺

（江西铜业集团有限公司贵溪冶炼厂，江西贵溪 335424）

1 引言

TIA portal（博途）是西门子工业自动化集团发布的一款全新的全集成自动化软件，是业内首个采用统一的工程组态和软件项目环境的自动化软件［1］。TIA portal软件是新一代工程组态软件，几乎可以应用于所有工业领域,包括过程工业，制造工业，混合工业以及工业所涉及的所有制造和过程自动化产品。借助于全新的博途软件平台，用户能够高效便捷的开发和调试自动化系统。

Modbus通讯协议应用于电子控制器上的一种通用语言［2］。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。Modbus通讯协议已经成为一种通用工业标准，具有帧格式简单、紧凑，通俗易懂，用户使用容易，厂商开发简单等特点。

S7-1500是西门子工业自动化集团推出新一代SIMATIC S7系列可编程控制器。S7-1500具有多方面特点：高水平的系统性能；标准化的运动控制工艺组态；工业业信息安全集成从块保护延伸至通讯完整性，确保用户应用安全；功能安全性方面通过了EN 61508，符合IEC62061中SIL 3级安全应用标准。

众加利Lark500工业电子秤采用现代传感器技术、电子技术和计算机技术一体化的电子称量装置，满足并解决工业中提出的“快速、准确、连续、自动”称量要求［3］。称量准确可靠、显示快速清晰并且具有自动检测系统、简便的自动校准装置以及超载保护等装置。集成了支持Modbus-RTU通讯协议的RS485通讯端口，该通讯协议与其他通讯方式相比具有协议完全公开且国际统一标准、通讯速率快、格式通俗易懂以及其开发免费等特点，使之更符合法制计量管理和工业生产过程控制的应用要求。

2 安装软件

安装该软件要求：计算机的操作系统为64位WIN7/10；内存至少8G；图形分辨率最小 1920 x 1080。依次将西门子软件：STEP 7 Professional V14、WinCC Professional V14、S7-PLCSIM V14 安装到计算机中。当软件安装成功后，可以在桌面看到 TIA Portal V14、WinCC RT Start、S7-PLCSM V14的快捷方式。

3 硬件组态及网络配置

3.1 硬件组态

双击“设备和网络”进入硬件组态界面。在右侧硬件目录中，从“控制器”添加SIMATIC S7-1500CPU。双击该CPU，进入设备视图，双击“通讯模块”，选择CM PtP RS422/485 HF，然后添加一个PS 25W 24VDC的电源模块［4］。PLC硬件组态图如图1所示。

图1 PLC硬件组态图

3.2 网络配置

（1）配置PLC网络属性：单机“设备视图”进入设备界面，单机CM PtP RS422/485 HF通讯模块，进入属性界面，如图2所示。在“常规”“项目信息”中改变名称。在“RS422/485接口”属性栏中，设置工作模式“半双工（RS485）2线制”；在“端口组态”中，选择“自由口/Modbus”通讯协议；在“端口参数选项”中，设置“传输速率”、“奇偶校验”“数据位”、“结束位”等参数。

图2 通讯模块属性界面

（2）配置电子秤Lark500：通过面板按钮进入“串口（串口应用参数设定）”界面，选择Modbus1：分度格式Modbus-RTU通讯。设置波特率、数据位（该项参数应当与PLC通讯模块参数一致）、节点地址。如图3所示。

（3）配置数据块：在项目树中，双击“添加新块”，建立全局DB块。由于Modbus指令读取或写入的数据区必须为指针寻址，所以必须是有绝对地址的区域方可访问，而S7-1500创建的DB块缺省为优化的DB块，变量没有绝对地址，故在该DB块点右键，在在全局DB块属性中将“优化的块访问”前的勾去掉。在数据块中新建数组“array{0..100}of word”，用于读取和写入数据的存储。

4 通讯程序

Modbus RTU编程需要调用Modbus_Comm_Load 指令和Modbus_Master 指令，其中Modbus_Comm_Load 指令通过 Modbus RTU 协议对通信模块进行组态，Modbus_Master 指令可通过由 Modbus_Comm_Load 指令组态的端口作为 Modbus 主站进行通信［5］。通讯指令编程如图4、图5所示。

编程过程中应当注意的是MB_MASTER 使用MODE 输入而非功能代码输入。MODE 和Modbus地址范围一起确定实际Modbus 消息中使用的功能代码。Modbus_Comm_Load 指令和Modbus_Master指令各参数意义如表1、表2所示。

图4 Modbus_Comm_Load指令编程

图5 Modbus_Master 指令编程

表1 Modbus_Comm_Load指令各参数意义

5 下载与检验

在TIA中完成PLC和电子秤Lark500的组态，以及通过完成计算机硬件机架的配置后［6］，在编译完全没问题的情况下，就可以通过软件将硬件组态和程序下载至PLC中了，如图6所示。

在全局数据DB块的在线视图中，可以直观的观察到电子秤的实时变化的重量，如图7所示。在数组“array{0..100}of word”中，第一个字到第三个字依次代表：实时重量、皮重净重。显示数据“3277”，显示类型为16进制，转换为浮点数后值为“12919”，由于电子秤Lark500采用分度计量模式，配置参数时设定为0.02，故需要将上诉三个数值乘以 0.02，得到最终的重量数值“258.38”［7］。触摸屏显示实时重量如图8所示。