西門子S7—200 PLC在船舶卸載料斗秤系統中的應用

鄒劍峰

摘 要：介紹了S7-200PLC通過Modbus RTU協議作為從站與PC主站通訊的方法，通過S7-200PLC對S7-300PLC的信號中轉，用VB6.0編寫的料斗秤計量軟件實現了對S7-200PLC及S7-300PLC的信號交換，開發了船舶大宗原料料斗秤檢斤計量系統并得到有效應用。

關鍵詞：S7-200PLC；料斗秤；Modbus RTU協議

引言

目前，鋼鐵企業船舶運輸的大宗原材料都是采用檢尺的方式進行計量，但由于種種原因，經常導致檢尺計量數據偏差大，買賣雙方矛盾重重。為了解決上述問題，采用將原料通過卸料皮帶運至陸域后采用靜態料斗計量，實現檢斤計量，準確計量后，通過皮帶轉運至原料堆場。計量數據及時傳給公司計量管理系統，為公司原料管理部門提供實時、準確、完整的船運原料計量數據。

1 系統功能

船運大宗原料通過201膠帶機、202膠帶機、203膠帶機、204膠帶機、205膠帶機、206-1膠帶機、206-2膠帶機、布料器將原料轉運進計量料倉A，當倉A達到預設稱量條件，系統驅動布料器移動到B計量倉上裝料，此時，A計量倉計量，A倉計量完畢，打開液壓閘門，原料通過206-3膠帶機、206-4膠帶機、207膠帶機轉運至后方堆場，A計量倉卸料完畢，關閉液壓閘門；當倉B達到預設稱量條件，系統驅動布料器移動到A計量倉裝料，此時，B計量倉計量，B倉計量完畢，打開液壓閘門放料，原料通過206-3膠帶機、206-4膠帶機、207膠帶機轉運至后方堆場，B計量倉卸料完畢，關閉液壓閘門。如此循環，實現船運大宗原料的檢斤計量，同時保證碼頭船運大宗原料的有序卸載。計量工藝流程如圖1所示。

圖1 碼頭船運原料卸載計量工藝流程

2 系統結構

根據碼頭卸載工藝需求以及料斗秤計量需求，碼頭基礎控制系統使用西門子S7-300PLC控制器，控制碼頭卸料料線的啟停、布料器在計量倉上的位置檢測等。料線啟停等操作由基礎自動化操作站完成。S7-300PLC檢測信號（如卸料小車位置檢測、料線運行狀態等）實時通過Profibus-DP網絡傳給S7-200PLC系統。S7-200PLC、稱重儀表A、稱重儀表B、串口服務器等組成RS485總線計量網絡，計量操作站中的上位機軟件不斷讀取稱重儀表A、稱重儀表B、S7-200PLC中的數據，通過邏輯判斷完成稱量，S7-200PLC驅動計量倉下液壓閘門的打開或關閉，將計量倉中的原料排出，同時將計量信息（如料倉內物料重量、料倉是否具備裝料條件等）通過S7-200PLC傳給S7-300PLC系統，通過邏輯判斷實現S7-300PLC對布料器的驅動控制。計量料倉A和計量料倉B的靜態稱量由計量操作站完成。

S7-200PLC支持Modbus RTU 協議，稱重儀表A和稱重儀表B支持RS485接口通訊，計量軟件采用VB6.0開發，主要借助VB開發平臺下的MSComm、Timer控件來實現與S7-200PLC、稱重儀表A、重儀表B 的串行通訊。使用串口服務器完成RS485/RS232的轉換，同時在上位機中完成端口映射，計量操作站中實際使用了COM1、COM2、COM3三個串口，分別與S7-200PLC、稱重儀表A、稱重儀表B通訊。

計量操作站一用一備，計量數據保存在本地服務器的同時將數據傳給公司計量管理系統，為系統連續運行及數據的可靠性提供了保障。系統網絡結構如圖2所示。

圖2 系統網絡結構

3 系統功能的實現

3.1 S7-300PLC和S7-200PLC通訊

系統中使用S7-300PLC完成基礎自動化控制（如卸料料線的啟停、計量倉上布料器的位置檢測、公輔系統的控制等），其中如料線運行狀態信號、布料器位置信號等均要傳給S7-200PLC系統；由計量上位機發給S7-200PLC計量完成信號、液壓閘門打開/關閉信號等要傳給S7-300PLC系統。

S7-200PLC系統配置EM277通訊模塊，與S7-300PLC 通過Profibus-DP網絡連接，在S7-300PLC編程軟件中安裝EM277 GSD文件，將配有EM277模塊的S7-200PLC組態在S7-300PLC硬件系統中，完成地址映射，實現S7-300PLC 和S7-200PLC的通訊。

3.2 計量上位機軟件與S7-200PLC、稱重儀表A、稱重儀表B通訊

計量系統中計量操作站、S7-200PLC、稱重儀表A、稱重儀表B組成RS485總線網絡，采用Modbus RTU協議。Modbus RTU協議采用主從工作方式，允許一臺主機和多臺從機通信，每臺從機地址由用戶設定，地址范圍為1～255。計量操作站作為主站，S7-200PLC、稱重儀表A及稱重儀表B作為從站。S7-200 CPU上的通訊口Port0通過指令庫支持Modbus RTU 從站模式。

Modbus 通訊協議規范：起始符+設備地址+功能代碼+數據+校驗和+結束符。對S7-200PLC來說，其中“功能代碼”表明了該命令要執行什么功能，如01碼讀取單個/多個線圈（離散量輸出點）狀態，03碼讀取單個/多個保持寄存器，返回V存儲區的狀態等。“校效和”在整個規范中非常重要。我們知道，RS232通訊格式里的奇偶校驗方式并不能保證每個字符都正確，所以需要把所有字符的值按照某種規律計算，計算得到的字符（校驗和）傳給接收方，接收時再把接收到的字符的值按照某種規律計算，得到的字符與發送方傳送過來的校驗和字符比較，如果相等，就算接收正確了。

3.2.1 S7-200PLC作為從站與計量操作站通訊

S7-200 CPU上的通訊口Port0通過指令庫支持Modbus RTU 從站模式。S7-200PLC Modbus RTU

從站協議是通過調用指令庫中的兩個功能塊實現的，兩個功能塊分別是MBUS_INIT和MBUS_SLAVE。MBUS_INIT功能塊被用于啟用和初始化或禁止Modbus通訊。MBUS_SLAVE功能塊被用于為Modbus主設備發出的查詢服務，并且必須在每次掃描時執行，以便允許該指令檢查和響應Modbus主設備查詢。兩個功能塊圖如圖3。

圖3

在S7-200PLC與計量操作站通訊之前，根據主站的通訊參數進行初始化設置，MBUS_INIT功能塊通訊格式設置如下：Mode為1，表示為Modbus協議；Addr從站地址為1；Baud波特率為19200；Parity為2是偶校驗；MaxIQ表示讀取輸入輸出數字量的點數；MaxAI表示讀取模擬量的點數；MaxHold和HoldStart結合使用可以讀取V存儲區數據，設置開始讀取地址以及讀取數量。完成MBUS_INIT功能塊參數的設置，然后通過調用MBUS_SLAVE功能塊響應主機查詢信息。

3.2.2 計量操作站作為主站與PLC通訊

計量軟件采用VB6.0編程，VB6.0與Windows系統有著非常完美的接口，VB6.0提供了一個非常方便的通信控件MSComm。應用程序嵌入MSComm控件，通過MSComm控件提供的事件驅動或查詢方式來進行串行通信管理。S7-200PLC、稱重儀表A、稱重儀表B分別接入串口服務器后，實現RS485/RS232的轉換，通過串口映射，計算機中使用COM1、COM2、COM3分別對應S7-200PLC、稱重儀表A、稱重儀表B，分別對3個串口進行編寫通訊程序。

（1）通訊口初始化編程

使用VB中的MSComm控件通訊時，初始化程序如下：

On Error GoTo Prog_err： '此處作用：如果您選擇了電腦中不存在的通訊口，則'Prog_err'程序段，提示“無效的通訊口”

If MSComm1.PortOpen = True Then MSComm1.PortOpen = False '串口是打開狀態，則關閉，進行串口的設置工作

MSComm1.CommPort = Combo1.ListIndex + 1 '設置通訊端口號

MSComm1.Settings = CStr（Combo3.Text） & “E，8，1” '*設定通訊格式

MSComm1.InputLen = 0 '*將接收緩沖區內容全部讀回來

MSComm1.OutBufferCount = 0 '*設置并返回發送緩沖區的字節數，設為0時清空發送緩沖區

MSComm1.InBufferCount = 0 '*設置并返回接收緩沖區的字節數，設為0時清空接收緩沖區

MSComm1.InputMode = comInputModeBinary '*二進制接收

MSComm1.RThreshold = 1 '*產生ON_COMMM事件的字符數

MSComm1.PortOpen = True '*打開串口

Label2.Caption = “串口已打開”

Order = 0

Timer1.Enabled = True

Timer2.Enabled = False

RWcomm = False

Exit Sub

Prog_err：

Label3.Caption = “無此端口”

（2）計量操作站讀數及寫數程序（以讀輸入I點和輸出Q點為例）

使用01功能碼和02功能碼實現對輸入I點和輸出Q點的讀數程序如下：

ReDim SenData（0 To 7） As Byte '*發送變量

Adree = Right（“0000” + Hex（Val（“&o” + CStr（Val（Text4.Text） * 10 + Combo2.Text）））， 4）

'地址要求是兩個字節，所以前面補零

'西門子輸出是八進制，所以先將八進制轉換為十進制

SenData（0） = &H1 '從站站號

If Option6.Value = True Then '畫面中選擇 Q 點輸出

SenData（1） = &H1 '01碼 讀數字量輸出位 命令

Else '畫面中選擇 I 點輸入 即如果是對輸入操作

SenData（1） = &H2 '02碼 讀數字量輸入位 命令

End If

SenData（2） = Val（“&H” + Mid（Adree， 1， 2）） '寄存器通訊地址高字節

SenData（3） = Val（“&H” + Mid（Adree， 3， 2）） '寄存器通訊地址低字節

SenData（4） = &H0 '讀取個數高字節

SenData（5） = &H1 '讀取個數低字節

getData = Chr_crc（SenData） '校驗計算[從SenDataR（0） 到 SenDataR（5） 參加校驗和計算）]

SenData（6） = Val（“&H” + Mid（getData， 1， 2）） '校驗高字節

SenData（7） = Val（“&H” + Right（getData， 2）） '校驗低字節

……

（3）計量操作站中數據處理程序

MSComm控件處理通訊方式有兩種：事件驅動方式和查詢方式。本系統采用事件驅動方式。在串口緩沖區接受到字符時觸發OnComm事件捕獲并處理通信事件。程序通過Rthreshold屬性值來實現觸發OnComm事件來處理S7-200PLC發送來的從站響應信息。部分程序如下。

Private Sub MSComm1_OnComm（）

Dim I As Integer '定義整數 I

Dim getData（） As Byte '讀取接收緩沖區變量 定義字節型數組變量

Dim getData_len As Long '判斷讀取長度 定義長整型數據

Dim CrcJ（） As Byte '用于校驗計算 定義字節型數組變量

Dim j As Integer '定義整數 j

If MSComm1.CommEvent = comEvReceive Then 'CommEvent的屬性返回的值為comEvReceive時是發生了接收事件.

getData = MSComm1.Input '讀取接收緩沖區內容 將緩沖區內容賦值給getData數組變量。

getData_len = UBound（getData） '返回一個 Long 型數據，其值為指定的數維組可用的最大下標

For j = 0 To getData_len '將讀取的字節變換為字符

Read = Read & Right（“00” + Hex（getData（j））， 2） '將獲取到的數組變量依次轉換成十六進制數，每個字節補齊后取2位 組合成一個十六進制數字符串。

Next j

……

（4）稱重儀表A和稱重儀表B和計量軟件的通訊

稱重儀表A和稱重儀表B都支持Modbus RTU 協議，分別對應COM2和COM3串口，編程方式類似對S7-200PLC的編程，需熟悉稱重儀表的數據格式，在此不再贅述。

4 結束語

本系統碼頭料斗秤計量軟件通過Modbus RTU 協議實現與S7-200PLC信號交換，通過S7-200PLC中轉也實現了與S7-300PLC的信號交換。通過信號的邏輯判斷以及稱重儀表重量數據的直接讀取，碼頭船舶大宗原料料斗秤檢斤計量得到成功實現，有效解決了買賣雙方之間的矛盾。

S7-200PLC 作為現場控制設備，通過Modbus協議，不僅可以作為與PC 機通訊的從站，也可以作為主站，在現代工業控制中使用相當廣泛。利用Modbus協議開發通訊程序，不僅能保證系統的可靠性，而且有效降低了開發成本。

參考文獻

[1]西門子公司SIMATIC S7-200可編程控制器手冊[M].北京國防工業出版社，2000.

[2]范逸之，陳立元.Visual Basic與RS-232串行通信控制[D].清華大學出版社，2002

[3]劉瑞新，李樹東，萬朝陽.Visual Basic 程序設計教程[M].電子工業出版社，2000.

[4]祝木田，師勇.Modbus 協議通訊的應用[J].微計算機信息，2003

Private Sub MSComm1_OnComm（）

Dim I As Integer '定義整數 I

Dim getData（） As Byte '讀取接收緩沖區變量 定義字節型數組變量

Dim getData_len As Long '判斷讀取長度 定義長整型數據

Dim CrcJ（） As Byte '用于校驗計算 定義字節型數組變量

Dim j As Integer '定義整數 j

If MSComm1.CommEvent = comEvReceive Then 'CommEvent的屬性返回的值為comEvReceive時是發生了接收事件.

getData = MSComm1.Input '讀取接收緩沖區內容 將緩沖區內容賦值給getData數組變量。

getData_len = UBound（getData） '返回一個 Long 型數據，其值為指定的數維組可用的最大下標

For j = 0 To getData_len '將讀取的字節變換為字符

Read = Read & Right（“00” + Hex（getData（j））， 2） '將獲取到的數組變量依次轉換成十六進制數，每個字節補齊后取2位 組合成一個十六進制數字符串。

Next j

……

（4）稱重儀表A和稱重儀表B和計量軟件的通訊

稱重儀表A和稱重儀表B都支持Modbus RTU 協議，分別對應COM2和COM3串口，編程方式類似對S7-200PLC的編程，需熟悉稱重儀表的數據格式，在此不再贅述。

4 結束語

本系統碼頭料斗秤計量軟件通過Modbus RTU 協議實現與S7-200PLC信號交換，通過S7-200PLC中轉也實現了與S7-300PLC的信號交換。通過信號的邏輯判斷以及稱重儀表重量數據的直接讀取，碼頭船舶大宗原料料斗秤檢斤計量得到成功實現，有效解決了買賣雙方之間的矛盾。

S7-200PLC 作為現場控制設備，通過Modbus協議，不僅可以作為與PC 機通訊的從站，也可以作為主站，在現代工業控制中使用相當廣泛。利用Modbus協議開發通訊程序，不僅能保證系統的可靠性，而且有效降低了開發成本。

參考文獻

[1]西門子公司SIMATIC S7-200可編程控制器手冊[M].北京國防工業出版社，2000.

[2]范逸之，陳立元.Visual Basic與RS-232串行通信控制[D].清華大學出版社，2002

[3]劉瑞新，李樹東，萬朝陽.Visual Basic 程序設計教程[M].電子工業出版社，2000.

[4]祝木田，師勇.Modbus 協議通訊的應用[J].微計算機信息，2003

Private Sub MSComm1_OnComm（）

Dim I As Integer '定義整數 I

Dim getData（） As Byte '讀取接收緩沖區變量 定義字節型數組變量

Dim getData_len As Long '判斷讀取長度 定義長整型數據

Dim CrcJ（） As Byte '用于校驗計算 定義字節型數組變量

Dim j As Integer '定義整數 j

If MSComm1.CommEvent = comEvReceive Then 'CommEvent的屬性返回的值為comEvReceive時是發生了接收事件.

getData = MSComm1.Input '讀取接收緩沖區內容 將緩沖區內容賦值給getData數組變量。

getData_len = UBound（getData） '返回一個 Long 型數據，其值為指定的數維組可用的最大下標

For j = 0 To getData_len '將讀取的字節變換為字符

Read = Read & Right（“00” + Hex（getData（j））， 2） '將獲取到的數組變量依次轉換成十六進制數，每個字節補齊后取2位 組合成一個十六進制數字符串。

Next j

……

（4）稱重儀表A和稱重儀表B和計量軟件的通訊

稱重儀表A和稱重儀表B都支持Modbus RTU 協議，分別對應COM2和COM3串口，編程方式類似對S7-200PLC的編程，需熟悉稱重儀表的數據格式，在此不再贅述。

4 結束語

本系統碼頭料斗秤計量軟件通過Modbus RTU 協議實現與S7-200PLC信號交換，通過S7-200PLC中轉也實現了與S7-300PLC的信號交換。通過信號的邏輯判斷以及稱重儀表重量數據的直接讀取，碼頭船舶大宗原料料斗秤檢斤計量得到成功實現，有效解決了買賣雙方之間的矛盾。

S7-200PLC 作為現場控制設備，通過Modbus協議，不僅可以作為與PC 機通訊的從站，也可以作為主站，在現代工業控制中使用相當廣泛。利用Modbus協議開發通訊程序，不僅能保證系統的可靠性，而且有效降低了開發成本。

參考文獻

[1]西門子公司SIMATIC S7-200可編程控制器手冊[M].北京國防工業出版社，2000.

[2]范逸之，陳立元.Visual Basic與RS-232串行通信控制[D].清華大學出版社，2002

[3]劉瑞新，李樹東，萬朝陽.Visual Basic 程序設計教程[M].電子工業出版社，2000.

[4]祝木田，師勇.Modbus 協議通訊的應用[J].微計算機信息，2003