虚拟仪器与S7-1200系列PLC 基于Modbus TCP协议实现PC对PLC监控

郭毅文 邵泽洪

摘要：LabVIEW是一种图形化编程软件，使用灵活方便，虚拟仪器开发环境能支持多种接口通信，而以太网接口的通信方式被广泛应用到工业设备中，本文详细介绍了使用LabVIEW内置的TCP模块编写上位机的程序，利用了ModbusTCP/ IP 协议实现了PC主机与西门子S7-1200PLC的通信，PC机读取并写入PLC数据块DB的数据。从而实现对运行设备的监控。

关键词：Modbus TCP/IP协议;虚拟仪器;S7-1200PLC

1引言

LabVIEW不仅具有强大的虚拟仪表功能，还具有丰富的图形界面模块，支持多种通信协议、数字信号处理。在工业设备控制上用LabVIEW实施设备运行状态显示和设备在PC机上控制，不仅能够达到智能的人机界面、智能化控制，而且便于专业技术人员对控制系统软件的二次开发。本文以开发垂直升降类机械式立体停车库的上位机为背景，介绍了用LabVIEW实时在线显示车库运行状态和存取车辆的功能。

2 Modbus TCP客户机与服务器

Modbus客户机：允许用户应用控制与远程设备的信息交换。客户机根据用户应用向Modbus客户机接口的发送要求中所包含的参数来建立一个Modbus请求。Modbus客户机接口提供一个接口，使得用户应用能够生成各类Modbus服务的请求，该服务包括对Modbus应用对象的访问。Modbus服务器在收到一个Modbus请求以后，模块激活一个本地操作进行读、写、或完成其他操作。本文将运用Modbus TCP/IP技术实现计算机和西门子S7-1200PLC之间的通信。

3 系统硬件组成

上位机

上位机采用普通计算机。由于本系统采用以太网连接，所以要求计算机必须安装有以太网卡。

下位机

下位机使用西门子S7-1215C AC/DC/RLY PLC，固件版本4.2。选用的CPU集成两个带隔离的PROFINET以太网端口，该端口都可用于编程上传和下载，支持PC与PLC间通信。

4 PLC程序设计

4.1 PLC手动分配IP地址为：192.168.54.10。计算机的IP地址必须与PLC位于同一网段内，子网掩码255.255.255.0.使用IP路由器地址：192.168.54.1.

4.2 建立保持寄存器作为Modbus通信缓冲区。在TIA博图新建一个全局数据块DB15，用于储存值，允许客户端使用Modbus寄存器访问这些值。

4.3在TIA博图软件中调用Modbus Server指令，从而构建Modbus TCP服务器从站，PLC在每个扫描周期执行该指令一次。Connect_ID设置为3，IP_PORT设置为505;如图1所示。

5 上位机LabVIEW程序设计

5.1新建VI，创建Modbus主设备实例，使用Modbus master 函数，地址设置为PLC地址192.168.54.10.端口号：505，手动选择多态实例为新建TCP主设备。

5.2 读取保持寄存器。使用“读取保持寄存器.vi”函数读取连续保持寄存器的值。用于实时显示设备运行的状态。

5.3写入保存寄存器，调用 “写入多个保持寄存器.vi”函数，把用户的存取车牌传给PLC，实现对车库存取车辆的控制。

5.4关闭Modbus TCP连接。调用“关闭.vi”函数关闭并销毁Modbus主设备实例。

设计完成后的前面板如图2所示，程序框图如图3所示。

6 結束语

经过反复软件和硬件的测试，LabVIEW能实时读取设备的运行数据，下位机PLC能及时响应客户的控制请求，在本程序中，我们把读取和写入的数据经过相应转换，使得显示的界面更友好，客户操作简单方便。LabVIEW和西门子S7-1200系统PLC之间基于Modbus TCP协议的通信方法有以下优点：

开发的软件安装到目标计算机，不需要额外安装DSC模块，通讯速度和可靠性、实时性都要比OPC协议好。网络实施价格低廉，可全部使用通用网络部件;易于集成不同的设备，几乎可以找到任何现场总线连接到Modbus-TCP的网关;编程简单，可大大缩短程序开发时间并降低电气硬件成本。

参考文献：

[1]章雷.Modbus 和Modbus/TCP协议基础介绍.EPA推广应用中心。

【2】胡任喜 闫聪聪等.《LABVIEW 2018中文版虚拟仪器从入门到精通》第5版.北京：机械工业出版社.2019.01.15