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上位机开发 西门子1200PLC实用定位控制程序案例

发布时间:2022-01-11人气:122
  • 上位机开发 西门子1200PLC实用定位控制程序案例

1. 引言

本文是一篇综合性非常强的文章,从PLC输入输出及步进电机接线开始,到PLC运动控制程序编写,再到后续的ModbusTCP通信协议及上位机编程实现最终控制,涉及知识面比较广,能够让我们很好地将所学知识结合起来。

2. 项目开发平台

采用西门子TIA Portal V15编程软件编写运动控制程序,实现PLC(S7-1200系列:CPU1214C DC/DC/DC )对步进电机的控制,再通过编写ModbusTCP程序,将控制地址进行映射,从而方便上位机(VS 2019开发)与PLC进行通信,最终实现步进电机的运动方向、速度及距离的灵活控制。

涉及硬件:开关电源、S7-1200PLC、步进驱动器、步进电机、单轴模组、限位开关

涉及软件:TIA Portal V15、VS2019、ModbusPoll(用于测试通信)

3. 硬件接线

西门子1200PLC实用定位控制程序案例373.png

4. PLC编程

步   骤操作说明
1通过博图软件创建一个新的PLC项目,
根据硬件型号插入新设备,这里为
CPU 1214C DC DC DC
西门子1200PLC实用定位控制程序案例453.png
2双击PLC的以太网口,设置IP地址,
这里设置为192.168.2.210
西门子1200PLC实用定位控制程序案例496.png
3双击CPU,在脉冲发生器PTO/PWM选项中设置信号类型为PTO,脉冲输出为Q0.0,方向输出为Q0.1西门子1200PLC实用定位控制程序案例554.png
4新建一个工艺对象,名称为轴1,通过基本参数>驱动器,设置脉冲输出为Pulse1西门子1200PLC实用定位控制程序案例599.png
5通过扩展参数>位置限制,设置上下限位分别为I0.1和I0.2西门子1200PLC实用定位控制程序案例635.png
6通过扩展参数>回原点>主动,设置原点开关为I0.0西门子1200PLC实用定位控制程序案例666.png
7程序段1,调用MC_Power使能,各个引脚填写如图所示,其中Asix选择轴1西门子1200PLC实用定位控制程序案例711.png
8程序段2,调用MC_MoveRelative,各个引脚填写如图所示,该程序段主要用于执行相对运动西门子1200PLC实用定位控制程序案例765.png
9程序段3,调用MC_MoveAbsolute,各个引脚填写如图所示,该程序段主要用于执行绝对运动西门子1200PLC实用定位控制程序案例819.png
10程序段4,调用MC_MoveJog,各个引脚填写如图所示,该程序段主要用于执行前进和后退点动西门子1200PLC实用定位控制程序案例872.png
11程序段5,调用MC_Home,各个引脚填写如图所示,该程序段主要用于执行归零西门子1200PLC实用定位控制程序案例917.png西门子1200PLC实用定位控制程序案例965.png
12程序段6,调用MC_Reset,各个引脚填写如图所示,该程序段主要用于执行复位功能西门子1200PLC实用定位控制程序案例965.png
13程序段7,调用MC_Halt,各个引脚填写如图所示,该程序段主要用于执行暂停功能西门子1200PLC实用定位控制程序案例1012.png
14程序段8,调用MC_ReadParam,来读取相关参数,各个引脚填写如图所示,该程序段主要用于读取实时脉冲西门子1200PLC实用定位控制程序案例1072.png

5. 上位机开发思路

目前比较主流开发上位机的方式,主要是组态软件(触摸屏)、C#开发上位机,C#开发上位机与传统的组态软件之间的区别,主要体现在如下三个方面:

  • 功能限制:组态软件对于一些特定的需求或者逻辑,会有一定的局限性,使用上也受到软件本身的约束;C#开发上位机完全自主开发,几乎不存在功能上的限制,并且扩展方便。
  • 技术要求:组态软件最大的优势在于方便,因为它本身都集成了一些通用协议和元件,只需要按照使用说明进行组态配置即可;C#开发需要完全自己搭建框架和实现底层代码,对开发者的技术要求会更高一些。
  • 价格成本:组态软件需要按套、按点位收费,意味着每个项目无形中都有一个基础成本;C#开发上位机自主开发,不需要二次授权费用,并且开发一套之后,可以快速应用到其他项目中


采用C#上位机开发,首先需要考虑的是通信问题。西门子S7-1200支持很多种不同的通信协议,包括S7、ModbusTCP、TCP/IP、UDP、OPC等,从开发成本上来说,我们优先考虑S7和ModbusTCP,对于S7和ModbusTCP通信协议,比较一下两者的优缺点:

  • S7协议为西门子内部协议,协议本身不公开,需要调用或者自己开发通信库,使用S7通信协议需要勾选CPU中的允许来自远程对象的PUT/GET通信访问。
  • ModbusTCP为公开、免费协议,可以自己开发通信库或者使用开源库,使用ModbusTCP通信协议需要编写一定的PLC程序来实现地址映射。

从公开免费和使用范围的角度来考虑,这里采用ModbusTCP通信协议,因为学会了ModbusTCP,意味着市场上的大部分仪表、PLC通信都可以搞得定,PLC程序编写如下如下所示:

  • 创建DB块

    这里首先创建一个DB块,里面包含了常用的一些操作和参数设置,值得注意的是,由于Modbus保持型寄存器的Bit位操作比较麻烦,因此这里我们统一使用Word类型来代替Bit。

西门子1200PLC实用定位控制程序案例1882.png

  • Modbus地址与PLC地址的映射(控制位)

西门子1200PLC实用定位控制程序案例1907.png

  • Modbus地址与PLC地址的映射(参数地址)

西门子1200PLC实用定位控制程序案例1933.png

  • ModbusServer程序编写

西门子1200PLC实用定位控制程序案例1952.png

  • 上位机UI界面设计

西门子1200PLC实用定位控制程序案例1964.png

  • ModbusTCP通信库

    上位机开发功能实现的核心在于ModbusTCP通信库编写,由于Modbus协议是公开免费,可以自己根据Modbus协议来开发,也可以使用开源的Modbus库,如NModbus等,有了ModbusTCP通信库之后,我们可以将更多的精力放在业务处理及逻辑处理上面。

6. 上位机功能开发

  • 首先创建一个Windows窗体应用项目,项目名称为thinger.com.MotionPro。
  • 日志显示功能:日志显示采用ListView进行显示,绑定一个ImageList用来区分信息、报警、错误,添加日志方法的参数包含日志等级及日志内容。
  • 自己开发ModbusTCP通信库或者使用开源库,该库应该具备建立连接、断开连接、预置寄存器、读取寄存器的功能。
  • 建立连接和断开连接:这里通过按钮实现建立连接和断开连接2个功能。
  • 相对位置运动:设置相对运动速度和相对运动位置,实现电机的相对运动。
  • 绝对位置运动:设置绝对运动速度和绝对运动位置,实现电机的相对运动。
  • 点动运动模式:设置点动运动速度,按住正向点动或者反向点动,实现电机的点动运动。
  • 回原点模式:点击回原点,可以控制物体回到原点位置并停止。
  • 运动停止、运动暂停、复位相关功能。

原创作者新阁教育—付工。侵删




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