邹剑峰
摘 要：介绍了S7-200PLC通过Modbus RTU协议作为从站与PC主站通讯的方法，通过S7-200PLC对S7-300PLC的信号中转，用VB6.0编写的料斗秤计量软件实现了对S7-200PLC及S7-300PLC的信号交换，开发了船舶大宗原料料斗秤检斤计量系统并得到有效应用。
关键词：S7-200PLC；料斗秤；Modbus RTU协议
引言
目前，钢铁企业船舶运输的大宗原材料都是采用检尺的方式进行计量，但由于种种原因，经常导致检尺计量数据偏差大，买卖双方矛盾重重。为了解决上述问题，采用将原料通过卸料皮带运至陆域后采用静态料斗计量，实现检斤计量，准确计量后，通过皮带转运至原料堆场。计量数据及时传给公司计量管理系统，为公司原料管理部门提供实时、准确、完整的船运原料计量数据。
1 系统功能
船运大宗原料通过201胶带机、202胶带机、203胶带机、204胶带机、205胶带机、206-1胶带机、206-2胶带机、布料器将原料转运进计量料仓A，当仓A达到预设称量条件，系统驱动布料器移动到B计量仓上装料，此时，A计量仓计量，A仓计量完毕，打开液压闸门，原料通过206-3胶带机、206-4胶带机、207胶带机转运至后方堆场，A计量仓卸料完毕，关闭液压闸门；当仓B达到预设称量条件，系统驱动布料器移动到A计量仓装料，此时，B计量仓计量，B仓计量完毕，打开液压闸门放料，原料通过206-3胶带机、206-4胶带机、207胶带机转运至后方堆场，B计量仓卸料完毕，关闭液压闸门。如此循环，实现船运大宗原料的检斤计量，同时保证码头船运大宗原料的有序卸载。计量工艺流程如图1所示。
图1 码头船运原料卸载计量工艺流程
2 系统结构
根据码头卸载工艺需求以及料斗秤计量需求，码头基础控制系统使用西门子S7-300PLC控制器，控制码头卸料料线的启停、布料器在计量仓上的位置检测等。料线启停等操作由基础自动化操作站完成。S7-300PLC检测信号（如卸料小车位置检测、料线运行状态等）实时通过Profibus-DP网络传给S7-200PLC系统。S7-200PLC、称重仪表A、称重仪表B、串口服务器等组成RS485总线计量网络，计量操作站中的上位机软件不断读取称重仪表A、称重仪表B、S7-200PLC中的数据，通过逻辑判断完成称量，S7-200PLC驱动计量仓下液压闸门的打开或关闭，将计量仓中的原料排出，同时将计量信息（如料仓内物料重量、料仓是否具备装料条件等）通过S7-200PLC传给S7-300PLC系统，通过逻辑判断实现S7-300PLC对布料器的驱动控制。计量料仓A和计量料仓B的静态称量由计量操作站完成。
S7-200PLC支持Modbus RTU 协议，称重仪表A和称重仪表B支持RS485接口通讯，计量软件采用VB6.0开发，主要借助VB开发平台下的MSComm、Timer控件来实现与S7-200PLC、称重仪表A、重仪表B 的串行通讯。使用串口服务器完成RS485/RS232的转换，同时在上位机中完成端口映射，计量操作站中实际使用了COM1、COM2、COM3三个串口，分别与S7-200PLC、称重仪表A、称重仪表B通讯。
计量操作站一用一备，计量数据保存在本地服务器的同时将数据传给公司计量管理系统，为系统连续运行及数据的可靠性提供了保障。系统网络结构如图2所示。
图2 系统网络结构
3 系统功能的实现
3.1 S7-300PLC和S7-200PLC通讯
系统中使用S7-300PLC完成基础自动化控制（如卸料料线的启停、计量仓上布料器的位置检测、公辅系统的控制等），其中如料线运行状态信号、布料器位置信号等均要传给S7-200PLC系统；由计量上位机发给S7-200PLC计量完成信号、液压闸门打开/关闭信号等要传给S7-300PLC系统。
S7-200PLC系统配置EM277通讯模块，与S7-300PLC 通过Profibus-DP网络连接，在S7-300PLC编程软件中安装EM277 GSD文件，将配有EM277模块的S7-200PLC组态在S7-300PLC硬件系统中，完成地址映射，实现S7-300PLC 和S7-200PLC的通讯。
3.2 计量上位机软件与S7-200PLC、称重仪表A、称重仪表B通讯
计量系统中计量操作站、S7-200PLC、称重仪表A、称重仪表B组成RS485总线网络，采用Modbus RTU协议。Modbus RTU协议采用主从工作方式，允许一台主机和多台从机通信，每台从机地址由用户设定，地址范围为1～255。计量操作站作为主站，S7-200PLC、称重仪表A及称重仪表B作为从站。S7-200 CPU上的通讯口Port0通过指令库支持Modbus RTU 从站模式。
Modbus 通讯协议规范：起始符+设备地址+功能代码+数据+校验和+结束符。对S7-200PLC来说，其中“功能代码”表明了该命令要执行什么功能，如01码读取单个/多个线圈（离散量输出点）状态，03码读取单个/多个保持寄存器，返回V存储区的状态等。“校效和”在整个规范中非常重要。我们知道，RS232通讯格式里的奇偶校验方式并不能保证每个字符都正确，所以需要把所有字符的值按照某种规律计算，计算得到的字符（校验和）传给接收方，接收时再把接收到的字符的值按照某种规律计算，得到的字符与发送方传送过来的校验和字符比较，如果相等，就算接收正确了。
3.2.1 S7-200PLC作为从站与计量操作站通讯
S7-200 CPU上的通讯口Port0通过指令库支持Modbus RTU 从站模式。S7-200PLC Modbus RTU
从站协议是通过调用指令库中的两个功能块实现的，两个功能块分别是MBUS_INIT和MBUS_SLAVE。MBUS_INIT功能块被用于启用和初始化或禁止Modbus通讯。MBUS_SLAVE功能块被用于为Modbus主设备发出的查询服务，并且必须在每次扫描时执行，以便允许该指令检查和响应Modbus主设备查询。两个功能块图如图3。
图3
在S7-200PLC与计量操作站通讯之前，根据主站的通讯参数进行初始化设置，MBUS_INIT功能块通讯格式设置如下：Mode为1，表示为Modbus协议；Addr从站地址为1；Baud波特率为19200；Parity为2是偶校验；MaxIQ表示读取输入输出数字量的点数；MaxAI表示读取模拟量的点数；MaxHold和HoldStart结合使用可以读取V存储区数据，设置开始读取地址以及读取数量。完成MBUS_INIT功能块参数的设置，然后通过调用MBUS_SLAVE功能块响应主机查询信息。
3.2.2 计量操作站作为主站与PLC通讯
计量软件采用VB6.0编程，VB6.0与Windows系统有着非常完美的接口，VB6.0提供了一个非常方便的通信控件MSComm。应用程序嵌入MSComm控件，通过MSComm控件提供的事件驱动或查询方式来进行串行通信管理。S7-200PLC、称重仪表A、称重仪表B分别接入串口服务器后，实现RS485/RS232的转换，通过串口映射，计算机中使用COM1、COM2、COM3分别对应S7-200PLC、称重仪表A、称重仪表B，分别对3个串口进行编写通讯程序。
（1）通讯口初始化编程
使用VB中的MSComm控件通讯时，初始化程序如下：
On Error GoTo Prog_err： '此处作用：如果您选择了电脑中不存在的通讯口，则'Prog_err'程序段，提示“无效的通讯口”
If MSComm1.PortOpen = True Then MSComm1.PortOpen = False '串口是打开状态，则关闭，进行串口的设置工作
MSComm1.CommPort = Combo1.ListIndex + 1 '设置通讯端口号
MSComm1.Settings = CStr（Combo3.Text） & “E，8，1” '*设定通讯格式
MSComm1.InputLen = 0 '*将接收缓冲区内容全部读回来
MSComm1.OutBufferCount = 0 '*设置并返回发送缓冲区的字节数，设为0时清空发送缓冲区
MSComm1.InBufferCount = 0 '*设置并返回接收缓冲区的字节数，设为0时清空接收缓冲区
MSComm1.InputMode = comInputModeBinary '*二进制接收
MSComm1.RThreshold = 1 '*产生ON_COMMM事件的字符数
MSComm1.PortOpen = True '*打开串口
Label2.Caption = “串口已打开”
Order = 0
Timer1.Enabled = True
Timer2.Enabled = False
RWcomm = False
Exit Sub
Prog_err：
Label3.Caption = “无此端口”
（2）计量操作站读数及写数程序（以读输入I点和输出Q点为例）
使用01功能码和02功能码实现对输入I点和输出Q点的读数程序如下：
ReDim SenData（0 To 7） As Byte '*发送变量
Adree = Right（“0000” + Hex（Val（“&o” + CStr（Val（Text4.Text） * 10 + Combo2.Text）））， 4）
'地址要求是两个字节，所以前面补零
'西门子输出是八进制，所以先将八进制转换为十进制
SenData（0） = &H1 '从站站号
If Option6.Value = True Then '画面中选择 Q 点输出
SenData（1） = &H1 '01码 读数字量输出位 命令
Else '画面中选择 I 点输入 即如果是对输入操作
SenData（1） = &H2 '02码 读数字量输入位 命令
End If
SenData（2） = Val（“&H” + Mid（Adree， 1， 2）） '寄存器通讯地址高字节
SenData（3） = Val（“&H” + Mid（Adree， 3， 2）） '寄存器通讯地址低字节
SenData（4） = &H0 '读取个数高字节
SenData（5） = &H1 '读取个数低字节
getData = Chr_crc（SenData） '校验计算[从SenDataR（0） 到 SenDataR（5） 参加校验和计算）]
SenData（6） = Val（“&H” + Mid（getData， 1， 2）） '校验高字节
SenData（7） = Val（“&H” + Right（getData， 2）） '校验低字节
……
（3）计量操作站中数据处理程序
MSComm控件处理通讯方式有两种：事件驱动方式和查询方式。本系统采用事件驱动方式。在串口缓冲区接受到字符时触发OnComm事件捕获并处理通信事件。程序通过Rthreshold属性值来实现触发OnComm事件来处理S7-200PLC发送来的从站响应信息。部分程序如下。
Private Sub MSComm1_OnComm（）
Dim I As Integer '定义整数 I
Dim getData（） As Byte '读取接收缓冲区变量 定义字节型数组变量
Dim getData_len As Long '判断读取长度 定义长整型数据
Dim CrcJ（） As Byte '用于校验计算 定义字节型数组变量
Dim j As Integer '定义整数 j
If MSComm1.CommEvent = comEvReceive Then 'CommEvent的属性返回的值为comEvReceive时是发生了接收事件.
getData = MSComm1.Input '读取接收缓冲区内容 将缓冲区内容赋值给getData数组变量。
getData_len = UBound（getData） '返回一个 Long 型数据，其值为指定的数维组可用的最大下标
For j = 0 To getData_len '将读取的字节变换为字符
Read = Read & Right（“00” + Hex（getData（j））， 2） '将获取到的数组变量依次转换成十六进制数，每个字节补齐后取2位 组合成一个十六进制数字符串。
Next j
……
（4）称重仪表A和称重仪表B和计量软件的通讯
称重仪表A和称重仪表B都支持Modbus RTU 协议，分别对应COM2和COM3串口，编程方式类似对S7-200PLC的编程，需熟悉称重仪表的数据格式，在此不再赘述。
4 结束语
本系统码头料斗秤计量软件通过Modbus RTU 协议实现与S7-200PLC信号交换，通过S7-200PLC中转也实现了与S7-300PLC的信号交换。通过信号的逻辑判断以及称重仪表重量数据的直接读取，码头船舶大宗原料料斗秤检斤计量得到成功实现，有效解决了买卖双方之间的矛盾。
S7-200PLC 作为现场控制设备，通过Modbus协议，不仅可以作为与PC 机通讯的从站，也可以作为主站，在现代工业控制中使用相当广泛。利用Modbus协议开发通讯程序，不仅能保证系统的可靠性，而且有效降低了开发成本。
参考文献
[1]西门子公司SIMATIC S7-200可编程控制器手册[M].北京国防工业出版社，2000.
[2]范逸之，陈立元.Visual Basic与RS-232串行通信控制[D].清华大学出版社，2002
[3]刘瑞新，李树东，万朝阳.Visual Basic 程序设计教程[M].电子工业出版社，2000.
[4]祝木田，师勇.Modbus 协议通讯的应用[J].微计算机信息，2003
Private Sub MSComm1_OnComm（）
Dim I As Integer '定义整数 I
Dim getData（） As Byte '读取接收缓冲区变量 定义字节型数组变量
Dim getData_len As Long '判断读取长度 定义长整型数据
Dim CrcJ（） As Byte '用于校验计算 定义字节型数组变量
Dim j As Integer '定义整数 j
If MSComm1.CommEvent = comEvReceive Then 'CommEvent的属性返回的值为comEvReceive时是发生了接收事件.
getData = MSComm1.Input '读取接收缓冲区内容 将缓冲区内容赋值给getData数组变量。
getData_len = UBound（getData） '返回一个 Long 型数据，其值为指定的数维组可用的最大下标
For j = 0 To getData_len '将读取的字节变换为字符
Read = Read & Right（“00” + Hex（getData（j））， 2） '将获取到的数组变量依次转换成十六进制数，每个字节补齐后取2位 组合成一个十六进制数字符串。
Next j
……
（4）称重仪表A和称重仪表B和计量软件的通讯
称重仪表A和称重仪表B都支持Modbus RTU 协议，分别对应COM2和COM3串口，编程方式类似对S7-200PLC的编程，需熟悉称重仪表的数据格式，在此不再赘述。
4 结束语
本系统码头料斗秤计量软件通过Modbus RTU 协议实现与S7-200PLC信号交换，通过S7-200PLC中转也实现了与S7-300PLC的信号交换。通过信号的逻辑判断以及称重仪表重量数据的直接读取，码头船舶大宗原料料斗秤检斤计量得到成功实现，有效解决了买卖双方之间的矛盾。
S7-200PLC 作为现场控制设备，通过Modbus协议，不仅可以作为与PC 机通讯的从站，也可以作为主站，在现代工业控制中使用相当广泛。利用Modbus协议开发通讯程序，不仅能保证系统的可靠性，而且有效降低了开发成本。
参考文献
[1]西门子公司SIMATIC S7-200可编程控制器手册[M].北京国防工业出版社，2000.
[2]范逸之，陈立元.Visual Basic与RS-232串行通信控制[D].清华大学出版社，2002
[3]刘瑞新，李树东，万朝阳.Visual Basic 程序设计教程[M].电子工业出版社，2000.
[4]祝木田，师勇.Modbus 协议通讯的应用[J].微计算机信息，2003
Private Sub MSComm1_OnComm（）
Dim I As Integer '定义整数 I
Dim getData（） As Byte '读取接收缓冲区变量 定义字节型数组变量
Dim getData_len As Long '判断读取长度 定义长整型数据
Dim CrcJ（） As Byte '用于校验计算 定义字节型数组变量
Dim j As Integer '定义整数 j
If MSComm1.CommEvent = comEvReceive Then 'CommEvent的属性返回的值为comEvReceive时是发生了接收事件.
getData = MSComm1.Input '读取接收缓冲区内容 将缓冲区内容赋值给getData数组变量。
getData_len = UBound（getData） '返回一个 Long 型数据，其值为指定的数维组可用的最大下标
For j = 0 To getData_len '将读取的字节变换为字符
Read = Read & Right（“00” + Hex（getData（j））， 2） '将获取到的数组变量依次转换成十六进制数，每个字节补齐后取2位 组合成一个十六进制数字符串。
Next j
……
（4）称重仪表A和称重仪表B和计量软件的通讯
称重仪表A和称重仪表B都支持Modbus RTU 协议，分别对应COM2和COM3串口，编程方式类似对S7-200PLC的编程，需熟悉称重仪表的数据格式，在此不再赘述。
4 结束语
本系统码头料斗秤计量软件通过Modbus RTU 协议实现与S7-200PLC信号交换，通过S7-200PLC中转也实现了与S7-300PLC的信号交换。通过信号的逻辑判断以及称重仪表重量数据的直接读取，码头船舶大宗原料料斗秤检斤计量得到成功实现，有效解决了买卖双方之间的矛盾。
S7-200PLC 作为现场控制设备，通过Modbus协议，不仅可以作为与PC 机通讯的从站，也可以作为主站，在现代工业控制中使用相当广泛。利用Modbus协议开发通讯程序，不仅能保证系统的可靠性，而且有效降低了开发成本。
参考文献
[1]西门子公司SIMATIC S7-200可编程控制器手册[M].北京国防工业出版社，2000.
[2]范逸之，陈立元.Visual Basic与RS-232串行通信控制[D].清华大学出版社，2002
[3]刘瑞新，李树东，万朝阳.Visual Basic 程序设计教程[M].电子工业出版社，2000.
[4]祝木田，师勇.Modbus 协议通讯的应用[J].微计算机信息，2003
