1、基于S7-226CN 和 ModBus 协 议 的供 料 监 控 系 统 设 计及 实 现 杨日容 中 山 职业 技 术学 院 机电 工 程学 院 摘 要： 为了实现对自动化生产线中供料站点的实时远程监控, 提出并实现了一种基于 PLC 和 Mod Bus 协议的监控系统, 系统采用西门子 S7-226CN 作为下位机, 通过 工业现场总线协议 Modbus 和通信主站PC 机进行数据交换, 监控界面由 Visual Basic6.0 设计。实际证明, 系统运行可靠、稳定, 人机界面友好, 具有一定的 推广价值。 关键词 ： ModBus 协议; Visual Basic6.0; S7-226
2、CN; 供料系统; 作 者简 介： 杨日容 (1979-) , 女, 讲师, 从事工控系统设计。 基 金： 中山职业技术学 院校级科研项目 (编号 2014KQ09) Design and Implementation of Feeding Monitoring System Based on ModBus and S7-226CN YANG Ri-rong Mechanical and Electrical Dept Zhongshan Polytechnic; Abstract ： In order to realize the real-time remote monitoring of
3、 the feeding site in the automatic production line, a monitoring system is proposed and implemented based on PLC and Mod Bus protocol. The system adopts SIEMENS S7-226 CN as the lower computer through Modbus and data communication master PC machine industrial fieldbus protocol exchange, monitoring i
4、nterface by Visual Basic 6. It is proved that the system is reliable, stable and friendly, and has a certain value of popularization. Keyword ： ModBus protocol; Visual Basic 6.0; S7-226CN; feeding system; 1 引言 供料站点是现代自动化生产线的必备环节, 该站点的自动化程度是提高整条生 产线的运行效率以及智能化程度的关键因素之一。传统的自动化生产线主要由 PLC 作为主控单元, 上位机监控由触
5、摸屏实现, 两者之间通过RS232 或RS485 协 议通信, 这种系统结构和通信协议比较简单, 可靠性欠缺, 且系统受限于触摸 屏灵活性不足, 对于系统的后续扩展比较困难。 因此, 设计并实现了一种基于西 门子S7-226CN 和Mod Bus 协议的供料监控系统, 系统的控制对象由井工件库、 推料气缸、 物料台、 光电传感器、 磁性传感器、 电磁阀、 支架、 机械零部件构成, 主要完成将放置在工件库中待加工工件推出到物料台上, 以便输送单元的机械 手将其抓取, 输送到其它站。 本系统的上下位机通信基于工业现场总线协议 Mod Bus, 安全、可靠, 并充分利用 Visual Basic 6
6、.0 设计上的灵活性编制上位机监 控界面, 实现了对供料站点的监视和控制。 2 系统控制方案 系统设计主站为PC 机, PC 机运行VB 软件编写 的上位机界面, 负责人机交互, 监 视供料站点 运行状态, 发出控制命令。系统从站为 S7-226CN PLC, PLC 直接对现 场设备供料站进行监控, 可以调用西门子公司提供的Mod Bus 从站数据库, 采用 查询-回应方式进行主站和从站之间的 Mod Bus 串行通信控制, 从而达到远程监 控的目的, 系统设计框图如图 1 所示。采用该设计方案主要基于以下考虑:一是 采用VB 编写界面可以灵活的按照实际需求设计界面, 灵活多变, 有利于对本
7、设 计的开发;二是采用 VB 编写界面软件有利于 Mod Bus RTU 协议的实现;三是使用 Mod Bus RTU 协议可以用西门子公司提供的 现成数据库进行调用操作, 减少项目 开发者的工作量。 图1 系统设计框图 下载原图 3 系统硬件设计 3.1 系统 控制对 象 系统的控制对象是供料站, 供料站的主要功能和动作分析如下:按复位按钮, 供 料站复位, 有复 位指示;按启动 按钮, 系统启 动, 若供 料站的 物料台 上没有工 件, 则应把工件推到物料台上, 若供料站的工件库内工件没有或不足时指示灯报警; 若物料台上的工件被取走后, 则自动进行下一次推出工件操作。 供料站输入点包括:
8、物料检测传感器6 个, 按 钮4 个;输出点包括:电磁阀 1 个, 指示灯3 个。供料站点有 3 个物料传感器, 分别是: (1) 1# 光电传感器: 用于检测工件库物料是否不够。当工件库有物料时给 PLC 提 供输入信号。物料的检测距离可由光电传感器头的旋钮调节, 调节检测范围 19cm 。 (2) 2# 光电传感器: 用于检测工件库是否有物料。 (3) 电容传感器:用于检测物料台上是否有物料。当工件库与物料台上有物料时 给PLC 提供输入信号。 物料的检测距离可由光电传感器头的旋钮调节, 调节检测 范围530cm 。此外, 还有2 个磁性传感器, 用于气缸的位置检测, 当检测到气 缸准确到
9、位后给PLC 发出一个到位信号。供料站点由电磁阀用于控制气缸伸缩, 当PLC 给电磁阀一个信号, 电磁阀动作, 气缸推出。失电退回。 3.2 下位 机机硬 件设 计 系统采用西门子公司的 S7-226CN 作为控制器, 该PLC 有16 个输入点, 有16 个 输出点, 可以满足系统设计要求。PLC 分配图如图 2 所示, 设计红、 黄、 绿三色 状态指示灯, 启动、停止、复位以及急停按钮。 4 系统软件设计 4.1 Mod Bus 通信 协议 Mod Bus 协议是应用于电子控制器上 的一种通用语言。通过此协议, 控制器相互 之间、控制器经由网络和其它设备之间可以通信。它已经成为一通用工业标
10、准。 此协议定义了一个控制器能认识使用的消息结构, 而不管它们是经过何种网络 进行通信的。 它描述了一控制器请求访问其它设备的过程, 如何回应来自其它设 备的请求, 以及怎样侦测错误并记录。它制定了消息域格局和内容的公共格式。 此协议支持传统的 RS-232、RS-422、RS-485 和以太网设备。许多工业设备, 包 括PLC, DCS, 智能仪表等都在使用 Modbus 协议作为他们之间的通讯标准。标准 的Modbus 口是使用 RS-232-C 兼容串行接口, 它定义了连接口的针脚、 电缆、 信 号位、传输波特率、 奇偶校验。 在Mod Bus 系统中有2 种传输模式可选择。 一种模式是
11、ASCII, 另一种模式是RTU。 用户选择想要的模式, 包括串口通信参数, 在配置每个控制器的时候, 在一个Modbus 网络上的所有设备都必须选择相同的传输模式和串口参数。 所选的 ASCII 或RTU 方式仅适用于标准的 Modbus 网络, 它定义了在这些网络上连续传输的消 息段的每一位, 以及决定怎样将信息打包成消息域和如何解码。在其它网络上 Modbus 消息被转成与 串行传输无关的帧。 图2 PLC 端口分配图 下载原图 图3 调用 Mod Bus 通信库 下载原图 4.2 PLC 程 序设计 如果以PLC 为主站, 则使用主站指令1: (1) 用MBUS_CTRL 指令 进行参
12、数化, 使用该指令, 会自动在程序里加入进行Mod Bus RTU 通信所需要用到的 子程序等。 (2) 用 MSG 指令进行读写使 能和操作。 如果以PLC 为从站, 则使用从站指令。 (3) 用 MBUS_INIT 指令初始化使能并写入参数, 指令首次执行一次。 (4) 用 MBUS_SLAVE 指令使能通信, 写好程序后使用 modsim32 软件或者 modcan32 软件调试程序, modsim32 把电脑作为 Mod Bus 从站, modcan32 把电脑 作为Mod Bus 主站。调用 Mod Bus 通信库程序如 图3 所示。 4.3 监控 界面设 计 上位机监控界面使用 V
13、isual Basic6.0 设计, 如图4 所示。 在监控界面可以方便 设置Mod Bus 协议的通信参数, 波特率9600, 校验位0, 字符长度 8bit, 停止 为0bit, 使用COM1 串口2。 图4 系统监控界面 下载原图 S7-226CN 作为通信主站时, 可以使用01 (05) 码对线圈进行读 (写) , 并通过 02 码读取输入状态, 对于01 码和02 码的操作方法相同, 写寄存器程序如图 5 所示, 读寄存器程序如 图6 所示。 图5 写 Q 寄存器 下载原图 5 结束语 运行结果证明, 西门子 S7-226PLC 和VB 制作的上位机监控界面通过 Modbus Rtu
14、 通信构成的控制系统性能稳定可靠, 界面友好, 安全性、 灵活性高, 可以较好地 实对供料站的远程监控, 该系统已经在实际项目中应用, 具有一定的推广 应用 价值。 图6 读 Q 寄存器 下载原图 参考文献 1 马丁.西门子PLC 常 用模块与工业系统设计实例精讲M.北京:电子工业出版 社, 2009. 2 李江全.Visual Basic 串口通信与测控仪应用技术实战详解M.北京:人民邮 电出版社, 2007. 3 曾小洋.西门子 PLC 与Intouch 综合应用M.北京:人民邮电出版社, 2010. 4 石连栓.vb 程序设 计实例M. 北京:清华大学出版社, 2004. 5 西门子 (中国) 有 限公司自动化与驱动集团.深入浅出西门子S7-200PLC (第 3 版) Z.2011, 11. 6 谢丽萍.西门子 S7-200 系列快速入门与实践M.北京:人民邮电出版社, 2010.
