「C#上位機」西門子1200PLC實用定位控制程序案例

​1. 引言

本文是一篇綜合性非常強的文章，從PLC輸入輸出及步進電機接線開始，到PLC運動控制程序編寫，再到後續的ModbusTCP通信協議及上位機編程實現最終控制，涉及知識面比較廣，能夠讓我們很好地將所學知識結合起來。

2. 項目開發平臺

採用西門子TIA Portal V15編程軟體編寫運動控制程序，實現PLC（S7-1200系列：CPU1214C DC/DC/DC ）對步進電機的控制，再通過編寫ModbusTCP程序，將控制地址進行映射，從而方便上位機（VS 2019開發）與PLC進行通信，最終實現步進電機的運動方向、速度及距離的靈活控制。

涉及硬體：開關電源、S7-1200PLC、步進驅動器、步進電機、單軸模組、限位開關

涉及軟體：TIA Portal V15、VS2019、ModbusPoll（用於測試通信）

3. 硬體接線

4. PLC編程

5. 上位機開發思路

目前比較主流開發上位機的方式，主要是組態軟體（觸控螢幕）、C開發上位機與傳統的組態軟體之間的區別，主要體現在如下三個方面：

• 功能限制：組態軟體對於一些特定的需求或者邏輯，會有一定的局限性，使用上也受到軟體本身的約束；C開發需要完全自己搭建框架和實現底層代碼，對開發者的技術要求會更高一些。
• 價格成本：組態軟體需要按套、按點位收費，意味著每個項目無形中都有一個基礎成本；C上位機開發，首先需要考慮的是通信問題。西門子S7-1200支持很多種不同的通信協議，包括S7、ModbusTCP、TCP/IP、UDP、OPC等，從開發成本上來說，我們優先考慮S7和ModbusTCP，對於S7和ModbusTCP通信協議，比較一下兩者的優缺點：
  • S7協議為西門子內部協議，協議本身不公開，需要調用或者自己開發通信庫，使用S7通信協議需要勾選CPU中的允許來自遠程對象的PUT/GET通信訪問。
  • ModbusTCP為公開、免費協議，可以自己開發通信庫或者使用開源庫，使用ModbusTCP通信協議需要編寫一定的PLC程序來實現地址映射。

  從公開免費和使用範圍的角度來考慮，這裡採用ModbusTCP通信協議，因為學會了ModbusTCP，意味著市場上的大部分儀表、PLC通信都可以搞得定，PLC程序編寫如下如下所示：

  • 創建DB塊
    這裡首先創建一個DB塊，裡面包含了常用的一些操作和參數設置，值得注意的是，由於Modbus保持型寄存器的Bit位操作比較麻煩，因此這裡我們統一使用Word類型來代替Bit。
  

  Modbus地址與PLC地址的映射（控制位）

  

  Modbus地址與PLC地址的映射（參數地址）

  

  ModbusServer程序編寫

  

  上位機UI界面設計

  

  • ModbusTCP通信庫
    上位機開發功能實現的核心在於ModbusTCP通信庫編寫，由於Modbus協議是公開免費，可以自己根據Modbus協議來開發，也可以使用開源的Modbus庫，如NModbus等，有了ModbusTCP通信庫之後，我們可以將更多的精力放在業務處理及邏輯處理上面。

  6. 上位機功能開發

  • 首先創建一個Windows窗體應用項目，項目名稱為thinger.com.MotionPro。
  • 日誌顯示功能：日誌顯示採用ListView進行顯示，綁定一個ImageList用來區分信息、報警、錯誤，添加日誌方法的參數包含日誌等級及日誌內容。
  • 自己開發ModbusTCP通信庫或者使用開源庫，該庫應該具備建立連接、斷開連接、預置寄存器、讀取寄存器的功能。
  • 建立連接和斷開連接：這裡通過按鈕實現建立連接和斷開連接2個功能。
  • 相對位置運動：設置相對運動速度和相對運動位置，實現電機的相對運動。
  • 絕對位置運動：設置絕對運動速度和絕對運動位置，實現電機的相對運動。
  • 點動運動模式：設置點動運動速度，按住正向點動或者反向點動，實現電機的點動運動。
  • 回原點模式：點擊回原點，可以控制物體回到原點位置並停止。
  • 運動停止、運動暫停、復位相關功能。