「C#上位机」西门子1200PLC实用定位控制程序案例

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。

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）。

—硬件接线—

—PLC编程—

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

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

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

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

6.通过扩展参数>回原点>主动，设置原点开关为I0.0

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

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

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

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

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

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

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

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，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。

2、Modbus地址与PLC地址的映射（控制位）

3、Modbus地址与PLC地址的映射（参数地址）

4、ModbusServer程序编写

5、上位机UI界面设计

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

—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。

（来源：网络，版权归原作者所有，侵删）

这样学PLC的定位控制、模拟量应用、通信功能，保准事倍功半~

关于如何学习西门子PLC这个问题。上次说到，有了电工基础之后，需要掌握PLC入门的基础知识和PLC编程指令知识， 了解这两大方面，你对PLC编程基础和逻辑控制顺序的设置就掌握的八九不离十了！

接下来要攻克的是PLC的各种扩展功能的应用。为什么是这个部分？因为学习PLC的最终目的就是学会用PLC来操作应用，这部分内容中有各种指令、通信以及编程，这是重中之重。总共有三大部分，分别是：PLC的定位控制功能应用、PLC模拟量应用、PLC的通信功能应用...

说起定位控制，高频脉冲输入输出 必不可少，它主要用于步进电机和伺服电机的控制上，一般用于运动控制，就像S7-200PLC，它所提供的PWM、PTO和EM253模块，这三种方式都能实现速度、位置的开环运动控制。

此外还涉及到高速计数器的应用 ，高速计数器一般与编码器或光栅尺配合使用来测量转速或是位移，且高速计数器不同于普通计数器，你会遇到选择0-5中哪个高速计数器？8种模式中选用哪种？启用它并让它计数等问题，这就涉及到它的两条指令。此外，PLC的高速计数器如何使用？如何接收编码器的信号？这是重点。

总之，高速脉冲输入输出这方面涉及的知识很多，而且也很重要，建议大家先了解一些运动控制和运动组态的基本知识，然后再学习运动控制指令，比如：初始化运动指令、手动控制指令、回原点指令、RUN指令等等，这些指令在编程时都是能用到的。

接着要解决PLC模拟量功能应用 这块了，会遇到传说中的PID，PID 在工业控制领域属于常用的控制，它就是闭环控制系统的比例-积分-微分控制算法，大家可以理解为是一种数学算法，PLC如何实现PID控制？这是大家要掌握的内容。

就比如上图，这是S7-200PLC实现PID控制的三种方式，分别是PID向导、PID指令以及自行编程，其实PID向导和PID指令没有很大区别，唯一的不同是能使用的工具不同。

PID向导一般是比较常见且提倡的方法（重要），需要了解PID调节控制面板，再就是PID指令了，会涉及到PID回路表，自行编写PID算法的话，要用到很多公式，这些东西大家要各有侧重。

最后，PLC的通信功能应用，主要是串行通信和以太网通信。

首先清楚串行通信的分类，按传输方式分、接口类型分等等。在这块，你会遇到自由口通信、MODBUS通信、USS协议通讯等。

MODBUS通信 很多设备能用上，这个必须掌握。此外，USS协议通讯和MODBUS通信都是基于自由口通讯而来的，所以串行通讯的重点就是自由口通讯 ，如何按照协议去编写程序，或者如何定义协议？这是大家在学习自由口通信时要解决的内容。

比如：S7-200SMART PLC的串行通讯就是基于485接口上的通讯，同时也能扩展一个串行通信口，扩展通信口可支持232和485接口，但究竟用哪个接口这就取决于软件中的硬件配置了。

再说说以太网通信 吧，S7-200SMART PLC有标配以太网通信接口，大家经常会用它来编程、下载程序、连接触摸屏，此外其实也支持其他通讯，比如：S7通信、TCP/IP通信、MODBUS TCP/IP通信等等...

总结：各行各业的机型不同，使用的指令也不同，所以大家不用要求自己学的很全面，了解所有的机型以及背会所有指令。大家只要清楚这个系列的CPU能提供给大家什么功能，如何能用技巧来灵活运用指令， 用的时候借助手册等工具来使用相关指令，达到举一反三的效果才是王道~（技成培训原创，未经授权不得转载，违者必究！）

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