西門子SM1223數字量模塊         西門子SM1223數字量模塊

潯之漫智控技術（上海）有限公司  上海詩慕自動化設備有限公司

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下圖是SENTRON PAC3200儀表與S7-1200進行MODBUS RTU 通信的接線圖。

圖4:S7-1200與PAC3200進行MODBUS RTU 進行通信的接線圖

3．硬件需求
S7-1200 PLC目前有3種類型的CPU：
        1）S7-1211C CPU。
        2）S7-1212C CPU。
        3）S7-1214C CPU。
這三種類型的CPU都可以使用MODBUS通信協議通過通信模塊CM1241 RS485來實現S7-1200與PAC3200儀表的通信。

本例中使用的PLC硬件為：
        1）PM1207電源 ( 6EP1 332-1SH71 )
        2） S7-1214C ( 6ES7 214 -1BE30 -0xB0 )
        3) CM1241 RS485 ( 6ES7 241 -1CH30 -0xB0 )
        4) 模擬器 ( 6ES7 274 -1XH30 -0xA0 )

本例中使用的PAC3200儀表硬件為：
        1） PAC3200 （7KM2112-0BA00-3AA0）
        2） MODBUS RTU 模塊 （7KM9300-0AB00-0AA0）
        3） MODBUS 通信電纜 ( 6XV1830-0EH10)

3．軟件需求

1) 編程軟件 Step7 Basic V10.5 ( 6ES7 822-0AA0-0YA0)

圖1 S7—200硬件系統組成

        CPU模塊又稱為主機是系統的核心，它包括CPU、存儲器、基本輸入輸出點和電源等。它實

際就是一個完整的控制系統，可以單獨完成一定的控制任務。主機I/O數量不能滿足控制系統的要求

時，用戶可以根據需要擴展各種I/O模塊，所能連接的擴展單元的數量和實際所能使用的I／O點數是

由多種因素共同決定的。當需要完成某些特殊功能的控制任務時，可擴展特殊功能模塊，以完成某

種特殊的控制任務。利用網絡接口，可以充分和方便地利用為SIMATICS7—200系統的硬件和軟件資

源而開發和使用的一些設備，主要有編程設備、人機操作界面和網絡設備等。

所有以上這些硬件設備，都在一個統一的工業軟件平臺上編程和運行，為了更好地管理和使用這些

設備，S7—200PLC配備了許多功能強大的專用功能指令，方便地實現各種控制目的。

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S7—200PLC系統主機（CPU）模塊的外形和模塊功能簡介

S7—200系統CPU 22*系列PLC主機(CPU模塊)的外形如圖1所示。 S7—200CPU模塊包括一個中央處理

單元、存儲器、電源以及數字I／O點，這些都被集成在一個緊湊、獨立的設備中。CPU負責執行程序

，以便對工業自動化控制任務或過程進行控制。輸人部分從現場設備中采集信號，輸出部分則輸出

控制信號，控制工業過程中的設備。

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圖1 CPU 22*系列PLC的CPU外形

從CPU模塊的功能來看，SIMATICS7—200系列小型可編程序控制器發展至今，經歷了兩代：產

品的CPU模塊為CPU 21*，現已停產。第二代產品的CPU模塊為CPU 22*，是在21世紀初投放市場的。

其速度快，具有*的通訊能力。它具有四種不同結構配置的CPU單元。

(1)CPU 221 CPU 221具有6輸入／4輸出，共計10個點的I／O，無擴展能力，有6 KB程序和數據存儲

空間。還具有4個獨立的30 kHz高速計數器，2路獨立的20 kHz高速脈沖輸出端，1個RS—485通訊／

編程口，具有PPI通訊協議、MPI通訊協議和自由通訊方式。非常適合于小點數的控制系統。

(2)CPU 222 CPU 222除了具有CPU 221的功能外，其不同點在于：它有8輸人／6輸出，共計14點I／O

。可以帶兩個擴展模塊，多擴展8路模擬量和64個I／O，因此是更廣泛的全功能控制器。

(3)CPU 224 它在CPU 222的基礎上使主機的輸入輸出點數增為24點，有14輸入／10輸出，可以帶7個

擴展模塊，大可擴展為168點數字量或者35點模擬量的輸入和輸出；存儲容量也進一步增加，有內

置時鐘，還增加了一些數學指令和高速計數器的數量，具有較強的控制能力。

(4)CPU 226 這種模塊在CPU 224的基礎上功能又進一步增強，有24輸入／16輸出，主機輸入和輸出

點數增到40點，大可擴展為248點數字量或35點模擬量；增加了通訊口的數量，通訊能力大大增強

；它可用于點數較多、要求較高的小型或中型控制系統。
現在西門子公司新推出了一種增強型的CPU 226XM，它在用戶程序存儲容量上擴大到8K字，其他指標

和CPU 226相同。

每一款主機模塊上都集成了24V直流電源，可以直接用于連接傳感器和執行機構。利用EEPROM存儲存

儲程序和配置信息。用戶數據可通過主機的超級電容存儲若干天，電池模塊可選，可使數據的存儲

時間延長到200天。可以用普通輸入端子捕捉比CPU掃描周期更快的脈沖信號，利用中斷輸入，允許

以極快的速度對信號的上升沿做出響應。速度為30 kHz的高速計數器可以編程，并具有復位輸入端

，多個獨立的輸入端，可同時用作加減計數，可以連接相應數量的相位差為90度的A／B相增量編碼

器。2路大可達20kHz的高頻脈沖輸出，可用以驅動步進電機和伺服電機以實現準確定位任務。可

以用模塊上的電位器來改變它對應的特殊寄存器中的數值，可以即時更改程序運行中的一些參數，

如定時／計數器的設定值、過程量的控制參數等。實時時鐘可用以對信息加注時間標記，記錄機器

運行時間或對過程進行時間控制。

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西門子PLC S7-200處理快速響應信號的對策有那些？

使用CPU內置的高速計數器和高速脈沖發生器處理序列脈沖信號

使用部分CPU數字量輸入點的硬件中斷功能，在中斷服務程序中處理；進入中斷的延時可以忽略S7-

200擁有“直接讀輸入”和“直接寫輸出”指令，可以越過程序掃描周期的時間限制，使用部分CPU

數字量輸入點的“脈沖捕捉”功能捕捉短暫的脈沖 。

注意： S7-200系統中小周期的定時任務為1ms。所有實現快速信號處理的措施，都要考慮所有限

制因素的影響。例如，為一個需要毫秒級響應速度的信號選擇500μs輸出延時的硬件，顯然是不合

理的。

 S7-400可編程控制器I/O模板的默認編址與S7-300不同，它的輸入/輸出地址分別按順序排列。數字

I/O模板的輸入/輸出默認首地址為0，模擬I/O模板的輸入/輸出默認首地址為512。模擬I/O模板的輸

入/輸出地址可能占用32個字節，也可能占用16個字節，它是由模擬量I/O模板的通道數來決定的。
S7-200在CPU單元上設有硬件電路（芯片等）處理高速數字量I/O，如高速計數器（輸入）、高速脈

沖輸出。這些硬件電路在用戶程序的控制下工作，可以達到很高的頻率；但點數受到硬件資源的限

制。

S7-200 CPU按照以下機制循環工作：

讀取輸入點的狀態到輸入映像區

執行用戶程序，進行邏輯運算，得到輸出信號的新狀態

將輸出信號寫入到輸出映像區

只要CPU處于運行狀態，上述步驟就周而復始地執行。在第二步中，CPU也執行通訊、自檢等工作。

上述三個步驟是S7-200 CPU的軟件處理過程，可以認為就是程序掃描時間。

實際上，S7-200對數字量的處理速度受到以下幾個因素的限制：

輸入硬件延時（從輸入信號狀態改變的那一刻開始，到CPU刷新輸入映像區時能夠識別其改變的時間

）

CPU的內部處理時間，包括：

讀取輸入點的狀態到輸入映像區

執行用戶程序，進行邏輯運算，得到輸出信號的新狀態

將輸出信號寫入到輸出映像區

輸出硬件延時（從輸出緩沖區狀態改變到輸出點真實電平改變的時間）

上述A,B,C三段時間，就是限制PLC處理數字量響應速度的主要因素。

一個實際的系統可能還需要考慮輸入、輸出器件的延時，如輸出點外接的中間繼電器動作時間等 。

CPU上的部分輸入點延時（濾波）時間可以在編程軟件Micro/WIN的“系統塊”中設置，其缺省的濾

波時間是6.4ms。

如果把容易受到干擾的信號接到CPU上可改變濾波時間的DI點上，調整濾波時間可能改善信號檢測的

質量。

4．S7-1200 MODBUS RTU的通信方式
S7-1200作為MODBUS RTU主站的通信方式是由DATA_ADDR 和 MODE 參數來選擇 Modbus 功能類型的。
DATA_ADDR（從站中的起始 Modbus 地址）： *要在 Modbus 從站中訪問的數據的起始地址。MB_MASTER 使用 MODE 輸入而非功能代碼輸入。 MODE 和 Modbus 地址范圍一起確定實際 Modbus 消息中使用的功能代碼。

下表列出了 MB_MASTER 參數 MODE、Modbus 功能代碼和 Modbus 地址范圍之間的對應關系。

表3: MB_MASTER的MODBUS 功能

5．S7-1200 與PAC3200 進行MODBUS RTU的通信組態

我們通過一個實例來介紹如何在Step7 Basic V10.5 中組態S7-1214C 和PAC3200的MODBUS RTU通信。

5. 1 PLC 硬件組態

首先在Step7 Basic V10.5中建立一個項目，如圖1所示。

圖5： 新建S7 1200項目

在硬件配置中，添加CPU1214C和通信模塊CM1241 RS485模塊，如圖2所示。

圖6： S7 1200硬件配置