虛擬儀器與S7-1200系列PLC 基于Modbus TCP協議實現PC對PLC監控

郭毅文 邵澤洪

摘要：LabVIEW是一種圖形化編程軟件，使用靈活方便，虛擬儀器開發環境能支持多種接口通信，而以太網接口的通信方式被廣泛應用到工業設備中，本文詳細介紹了使用LabVIEW內置的TCP模塊編寫上位機的程序，利用了ModbusTCP/ IP 協議實現了PC主機與西門子S7-1200PLC的通信，PC機讀取并寫入PLC數據塊DB的數據。從而實現對運行設備的監控。

關鍵詞：Modbus TCP/IP協議;虛擬儀器;S7-1200PLC

1引言

LabVIEW不僅具有強大的虛擬儀表功能，還具有豐富的圖形界面模塊，支持多種通信協議、數字信號處理。在工業設備控制上用LabVIEW實施設備運行狀態顯示和設備在PC機上控制，不僅能夠達到智能的人機界面、智能化控制，而且便于專業技術人員對控制系統軟件的二次開發。本文以開發垂直升降類機械式立體停車庫的上位機為背景，介紹了用LabVIEW實時在線顯示車庫運行狀態和存取車輛的功能。

2 Modbus TCP客戶機與服務器

Modbus客戶機：允許用戶應用控制與遠程設備的信息交換。客戶機根據用戶應用向Modbus客戶機接口的發送要求中所包含的參數來建立一個Modbus請求。Modbus客戶機接口提供一個接口，使得用戶應用能夠生成各類Modbus服務的請求，該服務包括對Modbus應用對象的訪問。Modbus服務器在收到一個Modbus請求以后，模塊激活一個本地操作進行讀、寫、或完成其他操作。本文將運用Modbus TCP/IP技術實現計算機和西門子S7-1200PLC之間的通信。

3 系統硬件組成

上位機

上位機采用普通計算機。由于本系統采用以太網連接，所以要求計算機必須安裝有以太網卡。

下位機

下位機使用西門子S7-1215C AC/DC/RLY PLC，固件版本4.2。選用的CPU集成兩個帶隔離的PROFINET以太網端口，該端口都可用于編程上傳和下載，支持PC與PLC間通信。

4 PLC程序設計

4.1 PLC手動分配IP地址為：192.168.54.10。計算機的IP地址必須與PLC位于同一網段內，子網掩碼255.255.255.0.使用IP路由器地址：192.168.54.1.

4.2 建立保持寄存器作為Modbus通信緩沖區。在TIA博圖新建一個全局數據塊DB15，用于儲存值，允許客戶端使用Modbus寄存器訪問這些值。

4.3在TIA博圖軟件中調用Modbus Server指令，從而構建Modbus TCP服務器從站，PLC在每個掃描周期執行該指令一次。Connect_ID設置為3，IP_PORT設置為505;如圖1所示。

5 上位機LabVIEW程序設計

5.1新建VI，創建Modbus主設備實例，使用Modbus master 函數，地址設置為PLC地址192.168.54.10.端口號：505，手動選擇多態實例為新建TCP主設備。

5.2 讀取保持寄存器。使用“讀取保持寄存器.vi”函數讀取連續保持寄存器的值。用于實時顯示設備運行的狀態。

5.3寫入保存寄存器，調用 “寫入多個保持寄存器.vi”函數，把用戶的存取車牌傳給PLC，實現對車庫存取車輛的控制。

5.4關閉Modbus TCP連接。調用“關閉.vi”函數關閉并銷毀Modbus主設備實例。

設計完成后的前面板如圖2所示，程序框圖如圖3所示。

6 結束語

經過反復軟件和硬件的測試，LabVIEW能實時讀取設備的運行數據，下位機PLC能及時響應客戶的控制請求，在本程序中，我們把讀取和寫入的數據經過相應轉換，使得顯示的界面更友好，客戶操作簡單方便。LabVIEW和西門子S7-1200系統PLC之間基于Modbus TCP協議的通信方法有以下優點：

開發的軟件安裝到目標計算機，不需要額外安裝DSC模塊，通訊速度和可靠性、實時性都要比OPC協議好。網絡實施價格低廉，可全部使用通用網絡部件;易于集成不同的設備，幾乎可以找到任何現場總線連接到Modbus-TCP的網關;編程簡單，可大大縮短程序開發時間并降低電氣硬件成本。

參考文獻：

[1]章雷.Modbus 和Modbus/TCP協議基礎介紹.EPA推廣應用中心。

【2】胡任喜 閆聰聰等.《LABVIEW 2018中文版虛擬儀器從入門到精通》第5版.北京：機械工業出版社.2019.01.15