改造西门子S7-200 Smart之Modbus TCP客户端指令库及其应用

一、前言：
实际应用当中，多数Modbus TCP服务器设备给出的均是寄存器实际地址，而非寄存器编号，且西门子Modbus TCP客户端指令库对于从站离散输入、离散输出和输入寄存器读写的寄存器起始地址和数量均达不到Modbus规定的最大化，使用起来有诸多不便，特此封装此库，方便自己使用！
二、系统概述：
拧紧轴由提供动力源的伺服电机、提供输出扭矩的减速机和用以检测扭矩之传感器组成，另外还需要外接控制器，用以控制、显示。其原理是利用伺服电机做为动力单元，连接减速机构，增大输出力矩，连接扭矩传感器用以检测力矩。扭矩传感器和伺服电机组成闭环控制，就可以精确的控制输出力矩等参数。本文所介绍之拧紧轴驱动器支持Modbus TCP以太网协议，我们使用西门子S7-200 Smart系列PLC和拧紧轴驱动器实现Modbus TCP以太网通信，西门子S7-200 Smart系列PLC可对拧紧轴目标扭矩进行相关操作。

三、通信连接：

1、西门子S7-200 Smart系列PLC内置以太网口通过网线连接至交换机LAN接口；

2、拧紧轴驱动器网口通过网线连接至交换机LAN接口。

四、西门子S7-200 Smart系列PLC内置以太网口通信参数：

1、通信协议：Modbus TCP Client

2、IP地址：192.168.1.162

3、端口号：3000

参数设置如下所示：



端口中有关服务器通信参数通过编程实现，详情见PLC编程。

五、拧紧轴驱动器网口通信参数：

1、通信协议：Modbus TCP Server

2、IP地址：192.168.1.75

3、端口号：502

其Modbus通信地址表如下所示：



我们这里对测量扭矩（寄存器地址15010）进行实时读操作。

六、相关功能块安装：

西门子S7-200 Smart相关Modbus TCP客户端、Modbus TCP服务器、Modbus RTU主站和Modbus RTU从站功能块需要提前安装，如下所示：



七、西门子S7-200 Smart系列PLC编程详解：

1、网络1：初始化复位各个标志位



2、网络2：连接建立后置位M1.0，然后开始执行读写操作



3、网络3：连接断开后复位各个标志位



4、网络4：调用MTC_LINK_0指令，可实现与服务器建立连接或者断开连接，各参数含义如下所示：

（1）EN：使能端，要求每个扫描周期都接通，所以一般使用SM0.0；

（2）EConnectionSet：建立TCP连接操作，这里我们使用M0.0来建立TCP连接；

（3）DConnectionSet：断开TCP连接操作，这里我们使用M0.1来断开TCP连接；

（4）IP01Addressset：服务器IP地址第1段，这里拧紧轴驱动器IP地址第1段为192；

（5）IP02Addressset：服务器IP地址第2段，这里拧紧轴驱动器IP地址第2段为168；

（6）IP03Addressset：服务器IP地址第3段，这里拧紧轴驱动器IP地址第3段为1；

（7）IP04Addressset：服务器IP地址第4段，这里拧紧轴驱动器IP地址第4段为75；

（8）RemoPortNumber：服务器端口号，这里拧紧轴驱动器端口号为502；

（9）LocaPortNumber：本地端口号，即就是PLC作为客户端时的端口号，这里设定为3000；

（10）TimeoutSetting：服务器超时时间设定，单位为毫秒，这里设定为10000毫秒。

（11）CompletionMark：完成标志位，当连接建立成功后，该标志位被置位；

（12）BusyLinOutMark：忙线标志位，连接断开或者未建立时，该标志位被置位；

（13）ErroCodeOutput：错误代码，该错误代码为参考开放式用户通信库指令错误代码，具体请参考STEP 7-Micro/WIN SMART在线帮助或者PLC系统手册相关篇章。



5、网络5：扫描周期，连接建立后M1.0被置位，延时10ms后置位M1.1，然后执行读取测量扭矩。



6、网络6：调用MTC_TRAN_0指令，调用该指令可对拧紧轴驱动器执行读写操作，各参数如下所示：

（1）EN：使能端，同一时刻只能有一条MTC_TRAN_0指令使能，EN 输入参数必须一直接通直到 MTC_TRAN_0 指令CompletionMark位被置 1；

（2）CommandWSwitch：读写请求开关，每一条新的读写请求需要使用信号沿触发；

（3）SlaveAddressID：单元标识符，一般由客户端设定，特殊情况亦可根据服务器进行设定；

（4）ModbusFunction：Modbus功能码，支持01、02、03、04、05、06、15、16等8个功能码；

（5）RegisterAddres：寄存器地址，设定范围为0~65535，即就是16进制0000~FFFF；

（6）RegisterNumber：寄存器数量，

对于01和02功能码，设定范围为1~2000个位

对于03和04功能码，设定范围为1~125个字

对于05和06功能码，设定为1

对于15功能码，设定范围为1~1968个位

对于16功能码，设定范围为1~123个字

（7）RegisterBuffer：读写缓冲区，参数RegisterBuffer是间接地址指针，指向 CPU 中与读/写请求相关的数据的 V 存储器地址。

（8）CompletionMark：完成标志位，当MTC_TRAN_0指令执行完成后，该标志位被置位

（9）ErroCodeOutput：错误代码，主要错误代码如下所示：



这里我们利用MTC_TRAN_0指令对拧紧轴驱动器测量扭矩进行读取操作：



7、网络7：MTC_TRAN_0指令执行完成后，完成标志位被置位，完成一次操作，然后复位相关标志位，置位M1.0，为下一次操作做好准备：



八、Modbus TCP服务器（拧紧轴驱动器）的测试：

调试助手发送命令：12 34 00 00 00 06 01 04 3A A2 00 02

拧紧轴驱动器返回：12 34 00 00 00 07 01 04 04 42 DE 00 00



九、Modbus TCP客户端测试（西门子S7-200 Smart）：

将服务器IP地址修改为电脑IP地址，电脑上使用Modbus Slave调试助手模拟拧紧轴进行测试

PLC发送命令：09 14 00 00 00 06 01 04 3A A2 00 02

调试助手返回：09 14 00 00 00 07 01 04 04 00 00 13 88



十、系统联调：

经过调试，西门子S7-200 Smart系列PLC和拧紧轴驱动器完美实现Modbus TCP以太网通信，PLC中可以对拧紧轴测量扭矩实现读取操作，程序编写调试成功，程序截图如下所示：