S7-1200 PLC 基于 Modbus 通信协议的数据采集及远程传送应用.pdf

第 3 4 卷第 4 期 2 0 1 4年 8月 黑 龙 江 冶 金 He i l o n g j i a n g Me t a l l u r g y Vo 1 ． 3 4 No ． 4 Aug u s t 2014 S 71 2 0 0 P L C基 于 Mo d b u s 通 信协议 的数 据采集 及远程传送应用 李宏宇，张庆广 ， 王云龙 威海博斯特 自动化技术有限公司，山东威海2 6 4 2 0 0 摘要 本文针对城市热网平衡的工业需求， 对集中供热系统的数据采集和远程传送进行设计。系统采用西门 子公司推出的 s 71 2 0 0 P L C通过4 8 5总线采集换热站内的变频器及智能仪表工作数据， 并通过以太网将采集 数据传送到调度中心的上位机 ， 所有设备间的通信均采用 Mo d b u s 协议。 关键词 s 71 2 0 0 P L C ；变频器 ； Mo d b u s 协议 M o db us c o mm u ni c a t i o n pr o t o c o lba s e d d a t a c o l l e c t a nd r e mo t e t r a ns mi s s i o n a p p l i c a t i o ns f o r S 71 2 0 0 PLC L i H o n g y u ， Z h a n g Q i n g g u a n g ，W a n g Y u n l o n g We i h a i b o o s t a u t o m a t i o n t e c h n o l o g y C o ． ， L t d ． ， S h a n d o n g We i h a i 2 6 4 2 0 0 C h i n a Ab s t r a c t Ac c o r d i n g t o t h e c i t y h e a t b a l a n c e i n d u s t ri a l d e ma n d，d a t a c o l l e c t a n d r e mo t e t r a n s mi s s i o n o f c e n t r a l i z e d h e a t i n g s y s t e m a r e d e s i g n e d． Th e s y s t e m u s e s Si e me n s c o mp a n y， s S 7 1 2 0 0 PL C b y g a t h e rin g wo r k d a t a a b o u t t h ee q u e n c y c o n v e r t e r a n d i n t e l l i g e nt i ns t r u me n t i n t h e h e a t e x c h a n g e r s t a t i o n t h r o u g h 48 5 b us ． Da t a wi l l b e t r a n s mi t t e d v i a Et h e r n e t t o a d i s p a t c h c e n t e r PC．Mo d bu s p r o t o c o l i S u s e d i n c o mmu n i c a t i o n b e t w e e n a l l d e v i c e s Ke y W o r d s s 71 2 0 0 PLC；i n v e r t e r ；Mo d b u s p r o t o c o l 通过采集各个换热站房 的实时数据 ， 建 立集 中供热热 网监控系统既可以实时总览热 网当前运 行工况又可以分析室外温度及系统供热量变化趋 势 ， 做 出整体运行规划 ， 指导运行实现 自动控制。 Mo d b u s 协议是一种已广泛应用于当今工业控 制领域的通用通信 协议 。通过此协议 ， 控制器相 互之间、 或控制器经 由网络 如以太 网 可以和其 它设备之间进行通信。Mo d b u s 通信物理接 口可以 选用串 口 包括 R S 2 3 2和 R S 4 8 5 ， 也可以选择 以 太 网口。 S 71 2 0 0设计紧凑、 组态灵活且具 有功能强 大的指令集 ， 这些特点 的组合使 它成为控制各种 应用的完美解决方案 。T I A博途全集成 自动化软 件用于 s 71 2 0 0项 目管理、 编程和调试 ， 在库 函 数 中嵌套 了 Mo d b u s R T U 和 Mo d b u sT C P功能 库， 可以利用该库函数顺利完成 P L C与第三方设 备和上位机的通信。 1 系统概述 典型换热站所需监测 的运行参数有一次侧供 水压力和供水温度 、 一次侧 回水压力和 回水温度 、 二次侧供水压力和供水 温度 、 二次侧 回水压力和 回水温度 、 循环变频 器工作 频率和故障状态及补 水变频器 工作频 率 和故 障状态 。各换 热站 现场 P L C与智能仪表和变频器通信采集 系统 运行 数 ， 并通过 I n t e r n e t 或企业 局域网 ， 上传至主控 中心。 操作员从控制 中心通过该系统能够方便地得 到子 站运行的数据并向子站下达控制指令 。数据采集 以及远程传送系统连接如图 1 所示 。 2 系统设计 2 ． 1 站 内设备数据采集系统设计 目前大多数换热站 内设备的运行参数都是通 过智能仪表进行运算处理后显示。智能仪表兼备 收稿 日期 2 0 1 4 0 71 6 作者简介 李宏宇 1 9 7 4一 ， 男 ， 毕业于哈尔滨工业大学电气自动化专业， 工程师。 31 黑龙江冶金 第3 4卷 图 1 换热站数据采集及远程传送系统图 标准模拟量信号输出接口和 R S 4 8 5 M o d b u s 协议 通信接口。变频器工作状态输出也可以通过数字 量输出接 口、 标准模拟量信号输出接 口和 R S 4 8 5 Mo d b u s 协议通信接 口输 出。数字量输 出和模拟量 输出能够表达 的状态位和数据 内容非常有 限， 而 以支持 M o d b u s 协议的通信方式可以读出几乎所 有的工作参数值 ， 并 能够 实现远程参数修改和控 制 。因此选择 4 8 5总线方式连接换热站房内智能 仪表、 变频器与 P L C通信模块， 并通过 M o d b u s R T U协议进行设备间通信是一个优选方案。 在 M o d b u s R T U总线通信中， 智能仪表及变 频器作为从站， 只需选择 M o d b u s R T U通信协议 并且为设备分配不重复的站地址 即可。所有主从 站点的通信端 口设置参数必须一致 。 s 71 2 0 0 P L C作为主站必须配备 R S 4 8 5通信 模块才能实现 M o d b u s R T U协议通信。s 7 1 2 0 0 P L C提供了专门的 M o d b u s 库实现 M o d b u s R T U通信 ， 其通信的基本原理是 首先 s 71 2 0 0 P L C程序开始运行时 ， 调用一次 Mo d b u s 库 中的功 能块 MB C O MM L O A D来组态 C M1 1 2 4 1 R S 4 8 5 模块上 的端 口， 对端 口进行配置 ； 其次调用 M o d b u s 库中的功能块 M B MA S T E R作 为 Mo d b u s主站与 支持 Mo d b u s 协议 的设备进行通信。 s 71 2 0 0 P L C作为主站通信是 由 D A T A A D D R 从站 中 的起 始 Mo d b u s地址 和 MO D E 读 、 写 、 诊断模式 参数一起确定实际 Mo d b u s消息 中 使用的功能代码。D A T A 一 R 数据指针 指 向要 写入或读取的数据的 C P U D B地址 ， 该 D B必须为 “ 非仅符号访问” D B类型。在 T I A V 1 2以上平 台 中， 将该 D B属性中的“ 优化的块访问” 选项取消。 s 71 2 0 0 P L C主站发送带有站地址标识 的数 据来寻址不同的从 站 ， 同时不 同的从站通过 响应 带有站地址标识 的数据给主站 ， 以完成整个通信 3 2 过程。这种轮询通信 ， 可 以根据发送和接收完成 的标志来完成 ， 即发送完成后启动接收 ， 接收完成 后再启动下一次发送。也可以以固定 的时间间隔 进行轮询 。每个 s 71 2 0 0 C P U的 C M1 2 4 1 4 8 5通 信模块理论上最多支持 2 4 7 个 M o d b u s 子站， 但是 在实际应 用 时需 要 考 虑 C P U的性 能 以及 轮 循 Mo d b u s 子站时间。 2 ． 2 数据远程传送系统设计 M o d b u s T C P是标准的网络通信协议， s 7 1 2 0 0 P L C通过 C P U上 P N接口进行 T C P ／ I P 通信， 不需要额外 的通信硬件模块 ， Mo d b u s T C P使用 开放式用户通信连接作为 Mo d b u s 通信路径。在 S 71 2 0 0 P L C的库函数 中嵌套 了 M o d b u sT C P 功能块库 ， 它包含了 S e r v e r 和 C l i e n t 的库函数 ， 编 程时可以直接调用该库函数实现与上位机的 M o d b u s T C P通信。 在该 系统应用中 s 71 2 0 0 P L C作为 Mo d b u s T o p S e rve r 服务器 ， 调用 “ MB S E R V E R ” 指令处 理 M o d b u s T C P客户机的连接请求、 接收 M o d b u s 功能的请求 并发送响应 ， 设 置连接 I D、 I P端 口等 参数。 MB HOL DR E G是 “ MB S E R V E R” 指 令 的 Mo d b u s 保持寄存器的指针 ， 保持寄存器可 以是全 局 D B块或 M区， 如果是 D B块则需要定义为“ 非 仅符号访问” D B类型。 s 71 2 0 0 P L C作为网络 的服务器端 ， 上位机 可以按需建立连接访 问 P L C的数据区， 这样在上 位机对多个换热站的 P L C连接中不会 占用太多 的 资源。 3 结语 本设计 方案 在多个 城市供热 系统 中得 到应 用 。实际运行结果表 明， 该 控制系统抗干扰能力 强、 自动化程度高 ， 并可 以大 量减少现场布线 ， 是 一 种很好的工程化实现方法。通过以太 网的方式 进行数据远传 也是当前最稳定 的数据传送方式 。 s 71 2 0 0 P L C同时支持有关基于字符的串行协议 的点对点通信， 可为通信提供更大的自由度和灵 活性编程 。 参考文献 [ 1 ] 贺平． 供热工程 [ M] ． 北京 中国建筑工业 出版社， 20 0 9． 8 西门子自化与驱动集团． 深人浅出西门子 s 71 2 0 0 [ M] ． 北京 北京航空航天大学出版社 ， 2 0 0 9 ． 5 崔坚． T I A博途软件 一S T E P 7 V1 1编程指南[ M] ． 北京 机 械工业出版社， 2 0 1 2 ． 4