西门子S7-200 PLC自带DI和DO通道，对数字量信号控制极为方便，对模拟量信号处理效果相对较差。如有大量模拟量信号送入PLC，硬件成本将大幅增加。昌晖仪表在本文分享一种通过带通讯的巡检仪采集模拟量信号，借助MODUBUS通讯传输数据到PLC的方法，本方法既可降低检修难度和布线强度，还可降低硬件投资且保持数据传输的高稳定性和可靠性。
为更清晰的向大家展示具体操作流程和步骤，昌晖仪表制造有限公司结合某石灰窑的3套窑炉自动化控制系统案例做介绍。本案例涉及到传输设备、破碎设备、均料器、筛选设备，变频控制鼓风机设备。其中，现场每套窑炉均有13路温度信号需要采集，采用了3台昌晖16路巡检仪YR-GFM809-0000-08-NN-N-T来解决此问题，如图1所示。
图1 石灰窑自动化控制系统运行监控画面
自控系统控制结构
该项目控制部分用的是西门子S7-200系列CPU 224XPCNREL02.02，通过网线实现以太网通讯硬件连接。数字量DI64点，DO32点；模拟量AI3点(主要是风量监测)，39路温度信号通过16路巡检仪YR-GFM809-0000-08-NN-N-T采集到CPU。程序结构采用调用子程序的方式展开。子程序调用示例如图2所示。
图2 STEP7-MicroWIN程序组态
上位结构
采集的数据通过OPC服务器与上位通讯，其中的接口软件采用的是KEPServerV4.0，上位软件变量管理结构如图3所示。
图3 上位软件变量管理结构
程序设计
①巡检仪介绍
巡检仪通讯协议采用标准Modbus协议，所用的传输模式为RTU模式。巡检仪采用先进的微电脑技术及芯片，性能可靠，抗干扰能力强，与各类传感器、变送器配合使用，可对多路温度、压力、液位、流量、重量等工业过程参数进行巡回检测、报警控制、变送输出、数据采集及通讯，常有八路巡检仪和十六路巡检仪之分。通讯协议设计保证了单片机与PLC之间的无误码传输，使仪表的参数设定和修改更加简单。硬件设计保证了输入电路测量精度，软件设计保证了A/D转换电路测量精度。通讯口设置如下：通讯方式异步串行通讯接口(RS-485)，波特率采用9600bps。字节数据格式为：1位起始位、8位数据位、1位停止位、无校验。寄存器地址根据说明书给出的表格对应即可。
②程序结构
由于上位机与PLC距离较远约100m，采用PPI通讯最远保证距离为50m，所以采用以太网通讯。以太网通讯配置步骤如下：在向导-以太网中建立新的配置，选择CP243-1（6GK7243-1EX00-0XE0），定义IP地址为192.168.27.2，其中，注意为配置分配存储区，模块的配置块要求24个字节的V存储区。根据程序员选项，本例中配置的总计大小为159个字节，选择区域为VB379至VB537，如图4所示。
图4 以太网通讯组态结构
设置CP243-1所占用的输出字节地址，此地址根据计算CP243-1前面的I/O所占用的Q地址字节来决定。本例中CP243-1安装在紧挨CPU的0号槽，其前面输出就占用了QB0和QB1两个字节，CP243-1的地址按顺序排，即设为QB2。CP243-1模块占用一个QB输出字节。完成以太网向导配置后，需要在程序中调用以太网向导生成的ETHX_CTRL，并将项目程序下载后，将PLC断电重新上电使得配置生效。本系统巡检仪与S7-200的通讯通过Mi-cro/WINMBUS指令实现的。欲在S7-200程序中使用Modbus主设备指令，首先插入MBUS_CTRL指令，调用指令后，初始化完成。在灰窑温度检测系统中，Modbus主设备通讯速率设置为9600Bps，无奇偶校验。从站允许应答时间为1000ms。程序如图5所示。
图5初始化调用MBUS_CTRL指令
其中，EN-使能：必须保证每一扫描周期都被使能；Mode-模式：常为1，使能Modbus协议功能；Baud-波特率：设置要与从站对应，本例设为9600；Panty-校验：0为无校验；Timeout-超时：主站等待从站相应时间，这个值必须足够大以保证从站有时间响应；Done-完成位：初始化完成，自动置位，可用于启动MBUS_MSG程序；Er-ror-初始化错误。初始化完成后，启动读写指令V700.1。程序如图6所示。
图6置位V700.1启动循环执行指令
读取从站数据调用MBUS_MSG指令，程序如图7所示。
图7 循环调用MBUS_MSG指令
V700.1置位读取从站数据，读取保持寄存器40144起始的13个数据，根据数据格式写入&VB1000，如40144为32位浮点数，则保存在VB1000、VB1001、VB1002、VB1003中，依次类推，读取完成V702.1置位，复位读取从站保持寄存器V700.1、V702.3。
EN-使能：同一时刻只能有一个读写操作，建议每一个读写功能都用设一个MBUS_MSG指令的Done完成位来激活，以保证所有读写指令的循环进行；First-读写请求位，每一个新的读写操作必须使用脉冲触发；Slave-从站地址，一般可选范围为1-247；RW-0为读操作，1为写操作，开关量输出和保持寄存器支持读和写操作，开关量输入仅支持读功能；Addr-读写从站的数据地址，00001-09999是开关量输出，10001-19999是开关量输入，30001-39999是模拟量输入，40001～49999是保持寄存器；DataPtr-数据指针，如果是读指令，读回来的数据放到此数据区中，如果是写指令，要写出的数据放到此数据区中；Done-完成位；Error如果程序执行有误，将错误信息在此显示。
技术问题和优点
①系统建立过程中遇到的问题
a、WINCC安装过程中提示“SQLServerNativeClient(9.00.2208.00)找不到”，问题原因在于缺少文件，在WINCC安装包文件中找到sql-ncli.msi安装完成，解决问题。
b、在程序调用库文件“MBUS_CTRL，MBUS_MSG”的时候，设置参数应该重点注意通讯速率，仪表地址，仪表读取或写入地址，PLC分配的存储地址。例如作主站的S7-200的MBUS_MSG指令向Modbus从站发送请求消息，和处理从站返回的响应消息。要读取从站的I0.0开始的地址区时，它的输入参数Addr（Modbus地址）为10001。S7-200从站保持寄存器的V区起始地址为VB200时，要读取从站VW200开始的V存储区时，保持寄存器的地址是40001。
c、执行程序MBUS-MSG程序过程中，Error错误指示为：3=接收超时（从站无响应），原因是起始位设置错误，导致程序不能顺利循环。
d、MicroWin版本低，程序安装过程中没有库文件，单独安装库文件后，方能使用。
②3.2系统优点采用标准的Modbus协议，传输模式为RTU模式，巡检仪与S7-200通过MODBUS通讯传输数据。能节省硬件成本，减少敷线强度，降低检修难度。而且此程序设计方法可推广到PLC与变频器的通讯控制方式上，可大量节省AI模块的应用，降低工程成本。
这种西门子S7-200与昌晖巡检仪的通讯程序设计方法。基于WINCC组态软件来监控灰窑设备的运行，在设计过程中运用PLC与智能仪表通讯，实现了对多了温度信号的读取。经过实践证明，程序设计合理，程序库文件调用简单，简便易行、可操作性强、成本低廉，具有很强的实用价值。
作者：河北煤炭科学研究院 李会宁
