【C#上位机】西门子1200PLC实用定位控制程序案例

引言

本文是一篇综合性比较强的文章,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。

开发平台

采用西门子TIA Portal V16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 V16、VS2019、ModbusPoll(用于测试通信)(需要相关软件加VX:xiketang777)

硬件接线

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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

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2 双击PLC的以太网口,设置IP地址,
这里设置为192.168.2.210

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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

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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

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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

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6 通过扩展参数>回原点>主动,设置原点开关为I0.0

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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

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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

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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

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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

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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

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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

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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

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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

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上位机开发思路

为了便于操作,需要配一个HMI人机界面来进行使用。这个的HMI形式是比较多样化的,如触摸屏、组态软件等,但是这里,我们采用目前比较流行的方式——C#开发上位机,来供用户使用。C#开发上位机相对于传统的组态软件,各自都有自己的优缺点,主要体现在如下三个方面:

  1. 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。

  2. 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。

  3. 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:

  1. 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。

  2. 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,因为你学会了ModbusTCP,意味着市场上的大部分仪表、PLC通信你都可以搞得定(需要相关资料加VX:xiketang777),PLC程序编写如下所示:

1、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。

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2、Modbus地址与PLC地址的映射(控制位)

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3、Modbus地址与PLC地址的映射(参数地址)

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4、ModbusServer程序编写

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5、上位机UI界面设计

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6、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。

7、ModbusTCP通信点表

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上位机开发功能

1、首先创建一个Windows窗体应用项目,项目名称为thinger.cn.MotionPro。

2、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。

3、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。

4、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。

5、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。

6、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。

7、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。

8、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。

9、运动停止、运动暂停、复位相关功能。

写在最后

这个项目整体来说难度不是很大,但是涉及的知识面比较广,非常适合上位机初学者进行学习和练手。(需要视频教学资料加VX:xiketang777)

伴随着物联网及智能制造的普及,越来越多的PLC工程师,开始寻求新的学习机会来升职加薪。

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