PLC与工业网络技术 课件 2-1 模块二项目一 Modbus协议环境信息采集控制工程

模块2项目一基于MODBUS的环境信息采集控制工程主讲人：赵文兵@常州科教城管理委员会()《PLC与工业网络技术》2CONTENTS任务一硬件连接项目一基于MODBUS的环境信息采集控制工程项目引入0

1项目描述02项目目标03项目分析04任务二PLC程序编程任务三触摸屏人机界面设计任务描述任务分析知识链接任务实施任务描述任务分析知识链接任务实施任务描述任务分析知识链接任务实施项目引入

推进环境保护，加快绿色经济转型，美丽中国。本项目采用昆态最新软件和触摸屏、西门子S7-1200PLC实现环境信息采集的联机运行。通过采集环境中的关键关键信息，进行空气质量的监视和控制。

3项目描述

通过采用环境空气中的温度、湿度、PM10、PM2.5的值，实现对环境的监视和保护工作。采用温度、湿度、PM10、PM2.5四合一环境传感器用MODBUS串口通信的方式传递给S7-1200PLC，PLC然后把数据传递给MCGS触摸屏进行显示。请完成硬件连接、PLC编程和触摸屏编程任务。4环境信息采集系统本项目要求完成环境信息采集系统的控制硬件连接、PLC和触摸屏编程并调试成功。项目目标5掌握PLC与触摸屏之间的以太网通讯方法；掌握基于传感器与PLC之间的MODBUS串口控制通讯方法。

能设计触摸屏、PLC、MODBUS环境传感器之间以太网、MODBUS串口硬件选型、接线及通讯配置；

能设计满足项目要求的触摸屏界面，并配置触摸屏与PLC之间的通讯；

能设计满足项目要求的PLC程序，并配置PLC与传感器之间的MODBUS串口通讯。良好的安全、质量、时间意识；培养精益求精，增强民族精神；提升审美素养、强国有我的责任感。知识目标能力目标素质目标项目分析6螺丝锁付站

该系统采用西门子S7-1200作为控制器、触摸屏选用昆仑通态的TPC7062K、支持MODBUS串口协议的环境传感器。触摸屏、PLC采用工业以太网协议，触摸屏和PLC之间的应用层通讯采用定制协议（昆仑通态专门开发），PLC和环境传感器之间采用MODBUS协议方法。项目分3个任务实施，任务1硬件连接；任务2PLC程序编程；任务3人机界面设计。根据项目的要求，给出基于MODBUS-RTU协议的RS485串口网络。TASKONE硬件连接任务描述|任务分析|

任务实施

根据环境采集的要求，设计硬件通讯系统，PLC与触摸屏之间采用以太网连接，PLC和传感器之间采用MODBUS串口通信。任务描述8任务分析-网络方案规划9

主要的设备包括触摸屏、PLC和环境传感器，触摸屏和PLC之间采用工业以太网通信，PLC和传感器之间采用MODBUS串口通信方式。任务分析-环境传感器选型10

传感器选择ZZ-PM-A-PM多合一传感器（智泽贸易），可同时采集温度、湿度、PM10、PM2.5四个环境信号。电源接口为宽电压电源输入12-24V均可。

具体四根线的线色说明。其中棕色线为电源正(12-24VDC)，黑色线为电源负线，黄色线为通信的485-A线，蓝色线为通信485-B线。电源接口为宽电压电源输入12-24V均可。485信号线接线时注意A/B两条线不能接反，总线上多台设备间地址不能冲突。任务分析-PLC模块CB1421RS485模块选型11

西门子CB1241通讯板RS485，可以直接插入S7-1200的CPU中，通过点到点连接，可进行快速、高性能的串行数据交换。执行的协议有ASCII、USS驱动协议、ModbusRTU，随后可加载附近协议。

485半双工（两线连接）的连接方式是具体连接是T/RA接485-B，T/RB接485A。任务实施121.硬件连接RS485连线。传感器总共4根线，其中黄色线：485-A；蓝色线485-B；棕色线正12~24V，黑色线：负12~24V;和CB1421RS485模块连接时，蓝线接T/RA，黄线接T/RB。硬件连接任务实施131.硬件连接网线连接。用网线连接S7-1200的网口及触摸屏的网口。硬件连接任务实施141.硬件连接电源连接。采用24伏直流电源，连接PLC的电源端、传感器的电源端和触摸屏的电源端。硬件连接任务实施152.任务评价评分表

学年工作形式：□个人□小组分工□小组评分工作时间任务训练内容与分值训练要求学生自评教师评分硬件连接1.触摸屏与PLC的连接（20分）正确连接触摸屏与PLC。（20分）

2．PLC与传感器连接（30分）正确连接PLC与传感器（30分）

3．通信连接测试（40分）PLC与触摸屏的通讯。（20分）PLC与传感器通讯。（20分）

4．职业素养与安全意识10分现场安全保护；工具、器材、导线等处理操作符合职业要求；5分分工合作，配合紧密；遵守纪律，保持工位整洁。5分

总分：100分学生：

教师：

日期：

TASKTWOPLC程序编写任务描述|任务分析|

任务实施

完成PLC的编程，实现环境参数的采集。主要分两个步骤，首先通过MODBUS通讯将传感器的数据传递给PLC，然后把WORD数据类型转化为REAL数据类型。任务描述17任务分析18

在参数定义中，应为传感器的数据为10个，因此需要定义为DB数据块。S7-1200中使用MODBUS_MASTER指令实现主站对从站的数据采集。任务实施191.新建项目

在博图软件中新建“环境信息采集”命名的项目，CPU的类型选择1215CDC/DC/RLC型。型号为6ES7215-1HG40-0XB0版本号：V4.0。任务实施202.硬件组态

（1）设置CPU的IP地址。在CPU的属性中设置PLC的IP地址任务实施212.硬件组态

（2）添加485通讯模块。重点添加CB1421RS485模块的组态。通讯模块是通讯板安装在S7-1200的面板上，添加好后，默认设置。任务实施223.数据定义

（1）定义DB1模块，用来保存从传感器中传过来的值，在属性中把优化模块去除。任务实施233.数据定义

（2）定义DB3模块，用来保存换算后的环境参数值，在属性中把优化模块去除。任务实施244.通讯程序编写

MODBUS_COMM_LOAD的指令是通讯配置指令，只需要运行一次，因此在REQ参数设置为第一次循环周期运行。关键点：本程序中自动产生的背景数据中，MODE值要设为4，为半双工通信方式。任务实施254.通讯程序编写Modbus_Master指令是通讯指令，在具体应用中把PLC作为服务器，其他传感器为从站。其中REQ需要信号的上升沿工作，也可以采用轮询的方式。modbusRTU数据的地址定义和数据定义。具体传感器的地址说明如下图左所示。任务实施264.通讯程序编写

其中40001代表PLC对应的初始地址，所以Modbus_Master指令中，DATA_ADDR的地址为40001，在上表中一个地址代表一个WORD（16为二进字数），所以第一个字是湿度，第二个字是温度，第5个字是PM2.5，第10个字是PM10浓度，因此DATA_LEN的数据长度为10，表示只需要10个字，其他字的数据则不需要。因此DB1的数据按改表进行数据的安排。第一个字DB1.DW0代表温度，DB1.DW2第二个字代表湿度，DB1.DW8第5个字代表PM2.5，DB1.DW18代表第10个字代表PM10。任务实施275.数据转换程序编写

数据转化程序如图所示。温度和湿度换算时除以10，便为原来值，PM2.5、和PM10的值为原值不需要换算，把原来的WORD数据类型转换为REAL类型。任务实施286.任务评价评分表

学年工作形式：□个人□小组分工□小组评分工作时间任务训练内容与分值训练要求学生自评教师评分PLC程序编写1．PLC参数定义（10分）正确将组态工程下载至触摸屏中。10分

2．PLC手动状态程序设计（20分）PLC和触摸屏通信参数设置正确；5分正确通信。10分

3．PLC自动状态程序设计30分PLC程序的编写；20分功能正确。10分

4．PLC程序调试（30分正确连接PLC变量与组态构建。15分

6.职业素养与安全意识10分现场安全保护；工具、器材、导线等处理操作符合职业要求；5分分工合作，配合紧密；遵守纪律，保持工位整洁。5分

总分：100分学生：

教师：

日期：

TASKTHREE触摸屏人机界面设计任务描述|任务分析|

任务实施

设计人机界面完成温度、湿度、PM10、PM2.5参数的采集。任务描述30任务分析31

在软件中数据库中定义温度、湿度、PM10、PM2.5四个参数，数据类型为数值型。在界面上使用标签工具实现四个参数的输出显示。任务实施321.新建项目

打开MCGS嵌入版软件，点击“文件”菜单，点击“新建工程”，弹出新建工程设置页面，在TPC型号中选择“TPC7062K”类型如下图所示。点确定按钮。点击“文件”菜单，点击“工程另存为”子菜单，弹“SAVEAS”页面，在文件名中填入“环境参数显示”，点击“保存”按钮，保存新建项目。任务实施332.定义参数

点击“实时数据库”，进入数据定义界面。定义温度、湿度、PM10值、PM25值四个类型是数值型的数据。任务实施343.界面布置用“标签”工具进行如图的监视图布置。任务实施354.显示动画的设置

用“标签”工具，添加“显示输出”属性，表达式中选“温度”参数定义了显示输出。其他参数依次进行设定。任务实施365.通讯的设置

选择使用“Simens_1200”的驱动程序，设置通信参数，包括远端IP地址（PLC的地址）、本地地址（触摸屏的地址）。定义与PLC的对应通道并和触摸屏参数进行连接。任务实施376.任务的评价评分表

学年工作形式：□个人□小组分工□小组评分工作时间任务训练内容与分值训练要求学生自评教师评分触摸屏人机界面的设计1.触摸屏参数的定义（10分）正确定义规定的参数。20分

2.界面的规划设计（20分）按要求规划界面。10分界面美观、整齐。10分

3.监视动画的设置（20分）参数显示的设置。20分

4.与PLC的通讯设置（20分）与PLC的通讯设置正确。20分

5.在线调试（20分）实现在线的控制要求。20分

6.职业素养与安全意识（10分）现场安全保护；工具、器材、导线等处理操作符合职业要求；5分分工合作，配合紧密；遵守纪律，保持工位整洁。5分

总分：100分学生：

教师：

日期：

项目小结

通过本项目的学习，读者了解掌握触摸屏界面设计，掌握PLC