西門子PLC S7-200的擴展

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數據存儲空間，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通信協議﹑MPI通信協議和自由方式通信協議。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備﹑控制器進行通信，（ASCII協議﹑Modbus協議等等）[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控制場合。ADAM4000系列包括模擬量輸入輸出模塊（4051）﹑數字量輸入輸出模塊（4017+）。采用RS-485通信協議方式，支持Modbus通信協議，系統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。可以根據系統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個模塊在使用中發現能采集的數字量I/O口數量偏少，模擬量I/O口數量最多為35路，在有些系統中不能滿足需要，如果采用S7-300PLC系統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協議。各通道可獨立設置其輸入范圍，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通信協議及RS-485總線連接簡單等特點。因此系統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）、通信協議(Modbus)、模擬量檢測信號類型(0～20mA)設置好。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。根據實際情況設置好子程序模塊參數。

MBUS_CTRL 指令[3]中 EN：指令使能位；Mode：模式參數；Baud：波特率參數；Parety：奇偶效驗參數；Timeout：超時參數；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；Slave：從站參數；RW：讀寫參數；Addr：地址參數，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：計數參數；DataPtr：DataPtr參數；Done：完成輸出；Error：錯誤輸出。

在本例中MBUS_CTRL指令與MBUS_MSG指令設置如圖4所示。

圖4 指令參數設置

系統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，且具備有數據存放的指針地址，這些地址不能重復。模塊與模塊之間要有相對應的抑制關系，不能同時對兩個數據進行讀寫。如圖5所示。

圖5 模塊之間的關系

3 結束語

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

［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：機械工業出版,2010,9.

［3］崔堅,李佳.西門子工業網絡通信指南[M].北京：機械工業出版社,2004,9.