西門子S7-1500與電子秤的Modbus-RTU通訊

舒秋旺

（江西銅業集團有限公司 貴溪冶煉廠，江西 貴溪 335424）

1 引言

TIA portal（博途）是西門子工業自動化集團發布的一款全新的全集成自動化軟件，是業內首個采用統一的工程組態和軟件項目環境的自動化軟件［1］。TIA portal軟件是新一代工程組態軟件，幾乎可以應用于所有工業領域,包括過程工業，制造工業，混合工業以及工業所涉及的所有制造和過程自動化產品。借助于全新的博途軟件平臺，用戶能夠高效便捷的開發和調試自動化系統。

Modbus通訊協議應用于電子控制器上的一種通用語言［2］。通過此協議，控制器相互之間、控制器經由網絡(例如以太網)和其它設備之間可以通信。Modbus通訊協議已經成為一種通用工業標準，具有幀格式簡單、緊湊，通俗易懂，用戶使用容易，廠商開發簡單等特點。

S7-1500是西門子工業自動化集團推出新一代SIMATIC S7系列可編程控制器。S7-1500具有多方面特點：高水平的系統性能；標準化的運動控制工藝組態；工業業信息安全集成從塊保護延伸至通訊完整性，確保用戶應用安全；功能安全性方面通過了EN 61508，符合IEC62061中SIL 3級安全應用標準。

眾加利Lark500工業電子秤采用現代傳感器技術、電子技術和計算機技術一體化的電子稱量裝置，滿足并解決工業中提出的“快速、準確、連續、自動”稱量要求［3］。稱量準確可靠、顯示快速清晰并且具有自動檢測系統、簡便的自動校準裝置以及超載保護等裝置。集成了支持Modbus-RTU通訊協議的RS485通訊端口，該通訊協議與其他通訊方式相比具有協議完全公開且國際統一標準、通訊速率快、格式通俗易懂以及其開發免費等特點，使之更符合法制計量管理和工業生產過程控制的應用要求。

2 安裝軟件

安裝該軟件要求：計算機的操作系統為64位WIN7/10；內存至少8G；圖形分辨率最小 1920 x 1080。依次將西門子軟件：STEP 7 Professional V14、WinCC Professional V14、S7-PLCSIM V14 安裝到計算機中。當軟件安裝成功后，可以在桌面看 到 TIA Portal V14、WinCC RT Start、S7-PLCSM V14的快捷方式。

3 硬件組態及網絡配置

3.1 硬件組態

雙擊“設備和網絡”進入硬件組態界面。在右側硬件目錄中，從“控制器”添加SIMATIC S7-1500CPU。雙擊該CPU，進入設備視圖，雙擊“通訊模塊”，選擇CM PtP RS422/485 HF，然后添加一個PS 25W 24VDC的電源模塊［4］。PLC硬件組態圖如圖1所示。

圖1 PLC硬件組態圖

3.2 網絡配置

（1）配置PLC網絡屬性：單機“設備視圖”進入設備界面，單機CM PtP RS422/485 HF通訊模塊，進入屬性界面，如圖2所示。在“常規”“項目信息”中改變名稱。在“RS422/485接口”屬性欄中，設置工作模式“半雙工（RS485）2線制”；在“端口組態”中，選擇“自由口/Modbus”通訊協議；在“端口參數選項”中，設置“傳輸速率”、“奇偶校驗”“數據位”、“結束位”等參數。

圖2 通訊模塊屬性界面

（2）配置電子秤Lark500： 通過面板按鈕進入“串口（串口應用參數設定）”界面，選擇Modbus1：分度格式Modbus-RTU通訊。設置波特率、數據位（該項參數應當與PLC通訊模塊參數一致）、節點地址。如圖3所示。

（3）配置數據塊：在項目樹中，雙擊“添加新塊”，建立全局DB塊。由于Modbus指令讀取或寫入的數據區必須為指針尋址，所以必須是有絕對地址的區域方可訪問，而S7-1500創建的DB塊缺省為優化的DB塊，變量沒有絕對地址，故在該DB塊點右鍵，在在全局DB塊屬性中將“優化的塊訪問”前的勾去掉。在數據塊中新建數組“array{0..100}of word”，用于讀取和寫入數據的存儲。

4 通訊程序

Modbus RTU編程需要調用Modbus_Comm_Load 指令和Modbus_Master 指令，其中Modbus_Comm_Load 指令通過 Modbus RTU 協議對通信模塊進行組態，Modbus_Master 指令可通過由 Modbus_Comm_Load 指令組態的端口作為 Modbus 主站進行通信［5］。通訊指令編程如圖4、圖5所示。

編程過程中應當注意的是MB_MASTER 使用MODE 輸入而非功能代碼輸入。MODE 和Modbus地址范圍一起確定實際Modbus 消息中使用的功能代碼。Modbus_Comm_Load 指令和Modbus_Master指令各參數意義如表1、表2所示。

圖4 Modbus_Comm_Load指令編程

圖5 Modbus_Master 指令編程

表1 Modbus_Comm_Load指令各參數意義

5 下載與檢驗

在TIA中完成PLC和電子秤Lark500的組態，以及通過完成計算機硬件機架的配置后［6］，在編譯完全沒問題的情況下，就可以通過軟件將硬件組態和程序下載至PLC中了，如圖6所示。

在全局數據DB塊的在線視圖中，可以直觀的觀察到電子秤的實時變化的重量，如圖7所示。在數組“array{0..100}of word”中，第一個字到第三個字依次代表：實時重量、皮重凈重。顯示數據“3277”，顯示類型為16進制，轉換為浮點數后值為“12919”，由于電子秤Lark500采用分度計量模式，配置參數時設定為0.02，故需要將上訴三個數值乘以 0.02，得到最終的重量數值“258.38”［7］。觸摸屏顯示實時重量如圖8所示。

6 結束語

采用上述設計，成功實現 S7-1500 PLC 同眾加利lark500電子秤間的通訊。隨著電子秤不斷的革新，性價比、安全可靠性、控制靈活性、操作簡易性、人機交互性和管理自動化均將獲得極大提高，在自動控制和工業稱重等多行業都有應用價值。

表2 Modbus_Master指令各參數意義

圖6 硬件和程序下載

圖7 在線監控實時重量

圖8 觸摸屏實時重量