李學仁 趙海洲 尹樹君

（北華大學 電氣信息工程學院，吉林 吉林 132021）

0 引言

S7-200系列PLC是Siemens公司推出的一種小型PLC。7-200中的CPU226具有20k程序存儲空間10k數(shù)據(jù)存儲空間，6路獨立的30kHz單相高速計算器，2路獨立的20kHz高速脈沖輸出（DC）,2個RS485通信接口，具有PPI通信協(xié)議﹑MPI通信協(xié)議和自由方式通信協(xié)議。其中，自由口通信方式是CPU226一個很有特色的功能，可以很好的與其他設(shè)備﹑控制器進行通信，（ASCII協(xié)議﹑Modbus協(xié)議等等）[1]。

研華ADAM4000系列遠程I/O模塊性能可靠，可廣泛應用于多種工業(yè)控制場合。ADAM4000系列包括模擬量輸入輸出模塊（4051）﹑數(shù)字量輸入輸出模塊（4017+）。采用RS-485通信協(xié)議方式，支持Modbus通信協(xié)議，系統(tǒng)所有模塊只需要一條通信線即可連接，具有高通信速率﹑高采樣分辨率﹑智能化﹑光電隔離﹑強抗干擾等特點。軟件開發(fā)也較容易。

S7-200PLC由一個獨立的S7-200CPU和各種可選擇的擴展模塊組成?？梢愿鶕?jù)系統(tǒng)的復雜程度來組成不同的控制器。但一個CPU226最多只能擴展7個模塊在使用中發(fā)現(xiàn)能采集的數(shù)字量I/O口數(shù)量偏少，模擬量I/O口數(shù)量最多為35路，在有些系統(tǒng)中不能滿足需要，如果采用S7-300PLC系統(tǒng)則工程造價會成倍提高。因而我們采用了研華4000模塊擴展西門子S7-200I/O模塊的方法。以S7-200系列CPU226（單價1500左右）跟S7-300系列CPU314（單價3000左右）比較[2]，研華4000系列每路AI/DI的價格約為110元，在AI/AO、DI/DO點數(shù)較多的情況下，使用研華4000系列模塊可顯著降低成本。

1 硬件設(shè)計

采用 4017+、4051擴展 CPU-226的 AI、DI模塊。 4017+是 16位A/D8通道的模擬量輸入模塊，可以采集電壓、電流、溫度等模擬量輸入信號。ADAM模塊支持Modbus協(xié)議。各通道可獨立設(shè)置其輸入范圍，而且它的模擬量輸入通道和模塊之間還提供了3000V的電壓隔離，這樣就有效地防止模塊在受到高壓沖擊時而損壞。4051是一款16路數(shù)字量輸入模塊，帶有3000VDC光隔離保護，可用于一些嚴格的應用。與其它模塊不同，4051可接受10～50V的輸入電壓，適用于各種數(shù)字量信號，如12VDC、24VDC或48VDC。因此將ADAM4000系列作為CPU226的擴展模塊，具有可靠性高、抗干擾能力強、精度高，利用Modbus通信協(xié)議及RS-485總線連接簡單等特點。因此系統(tǒng)的檢測端口完全可以滿足可靠性和實時性方面的要求，其與PC機連接方法如圖 1所示，在本例中，用 PC 機將 4017+、4051模塊的地址（2、3）、波特率（19.2kHz）、通信協(xié)議(Modbus)、模擬量檢測信號類型(0～20mA)設(shè)置好。與CPU226連接方法如圖2所示。

圖1 PC機與ADAM4000連接

圖2 CPU226與ADAM4000連接

2 軟件編程

在硬件組態(tài)完成以后，主要工作就是PLC與4017+、4051通信程序的編程了。7-200編程軟件中自帶有Modbus通信協(xié)議的庫程序MBUS_CTRL指令與MBUS_MSG指令。具體的主程序框圖如圖3所示。

圖3 主程序框圖

設(shè)置Port0的工作方式為自由工作方式，波特率19.2kHz。將所需用的寄存器清零，同時給定子程序使能信號端。根據(jù)實際情況設(shè)置好子程序模塊參數(shù)。

MBUS_CTRL 指令[3]中 EN：指令使能位；Mode：模式參數(shù)；Baud：波特率參數(shù)；Parety：奇偶效驗參數(shù)；Timeout：超時參數(shù)；Done：MBUS_CTRL指令成功完成時輸出1，否則為0；Error：錯誤輸出代碼。MBUS_MSG 指令中 EN：指令使能位；First：首次參數(shù)；Slave：從站參數(shù)；RW：讀寫參數(shù)；Addr：地址參數(shù)，是起始的Modbus地址，00001至09999是離散輸出（線圈）、10001至19999是離散輸入（觸點）、30001至39999是輸入寄存器、40001至49999是保持寄存器；Count：計數(shù)參數(shù)；DataPtr：DataPtr參數(shù)；Done：完成輸出；Error：錯誤輸出。

在本例中MBUS_CTRL指令與MBUS_MSG指令設(shè)置如圖4所示。

圖4 指令參數(shù)設(shè)置

系統(tǒng)中如有多個擴展模塊則每一個擴展模塊都必須具備自己的模塊地址，且具備有數(shù)據(jù)存放的指針地址，這些地址不能重復。模塊與模塊之間要有相對應的抑制關(guān)系，不能同時對兩個數(shù)據(jù)進行讀寫。如圖5所示。

圖5 模塊之間的關(guān)系

3 結(jié)束語

本文探討了用研華ADAM4017+與4051擴展S7-226模擬量輸入模塊與數(shù)字量輸入模塊的方法。實踐證明，本方式完全滿足了此系統(tǒng)在實時性、可靠性、經(jīng)濟性、靈活性上的要求，節(jié)約了生產(chǎn)成本。PLC和研華ADAM4000模塊硬件連接和軟件編程的優(yōu)點，可將4000模塊與PLC集成應用于各中小型控制系統(tǒng)。

［1］黃芹,呂春華.跟我動手學西門子 S7-200 PLC[M].北京：中國電力出版社,2012,11.

［2］廖常初.跟我學 S7-300/400 PLC[M].北京：機械工業(yè)出版,2010,9.

［3］崔堅,李佳.西門子工業(yè)網(wǎng)絡(luò)通信指南[M].北京：機械工業(yè)出版社,2004,9.