modbus universal masteropc сервер Подключение · pdf filestandard -...

Modbus Universal MasterOPC сервер

Подключение контроллера Siemens S7-1200 по протоколу Modbus TCP

Руководство пользователя

Modbus Universal MasterOPC сервер. Подключение контроллера S7-1200 Стр. 2

© InSAT Company 2009-2014

ОГЛАВЛЕНИЕ

1 Введение .............................................................................................................................. 3

2 Описание программируемых контроллеров S7-1200 ..................................................... 3

2.1 Протокол Modbus TCP ................................................................................................. 3

3 Создание проекта в STEP 7 ................................................................................................. 4

3.1 Создание проекта ........................................................................................................ 4

3.2 Установка контроллера ............................................................................................... 5

3.3 Конфигурирование контроллера ............................................................................... 8

3.4 Создание программы для контроллера .................................................................. 11

3.5 Использование функционального блока MB_SERVER ........................................... 15

3.6 Загрузка проекта в контроллер ................................................................................ 24

4 Создание конфигурации OPC-сервера ............................................................................ 29



1 Введение

Протокол Modbus является общепромышленным стандартом. Производители

контроллеров и промышленных приборов, в том или ином виде поддерживают данный

протокол в своих устройствах.

В данной документации будет рассмотрено подключение контроллера S7-1200

фирмы Siemens к Modbus Universal MasterOPC серверу, по протоколу Modbus TCP.

2 Описание программируемых контроллеров S7-1200

Программируемый контроллер S7-1200 способен решать логические задачи, задачи

автоматического регулирования и управления перемещением, выполнять

математическую обработку информации. Он обладает широкими функциональными

возможностями, отличается относительно невысокой стоимостью и может

использоваться во всех секторах промышленного производства, а также в системах

автоматизации зданий.

Для построения систем распределенного ввода-вывода и обмена данными с

приборами и SCADA-системами и другими контроллерами S7-1200 позволяет

использовать:

Протокол Profinet.

Протокол Profibus, через коммуникационный модуль CM 1242-5.

Протокол Modbus TCP, как в режиме Master, так и в режиме Slave.

GSM – соединения, через коммуникационный модуль CP 1242-7.

Последовательные протоколы связи – Modbus RTU, ASCII, USS (протокол

Siemens для работы с частотными преобразователями Micromaster), через

коммуникационный модуль CM 1241.

2.1 Протокол Modbus TCP

Центральные процессоры S7-1200 с версией прошивки V2.0 и выше обеспечивают

поддержку коммуникационного протокола MODBUS TCP. Для подключения к сети

используется встроенный интерфейс PROFINET центрального процессора.

Пакет STEP 7 Basic/Professional начиная с версии V11 SP2 содержит все необходимые

программные блоки управления обменом данными через MODBUS TCP в своей

библиотеке. Дополнительного программного обеспечения для этого пакета не требуется.



Примечание. Более подробную информацию о контроллере вы можете загрузить с сайта Siemens IA&DT:

Программируемые контроллеры S7-1200 / ООО «Сименс».-2013.- 96 с.

Программируемый контроллер S7-1200. Системное руководство / Siemens AG.-2009. – 397 c. Ном.печат.изд 6ES7298-8FA30-8BH0.

Далее будет рассмотрено подключение контроллера S7-1200 v2.2 к OPC-серверу

Modbus Universal MasterOPC Server про протоколу Modbus TCP. Для реализации проекта

необходимо иметь установленную версию STEP 7 Basic/Professional от V11 SP2, Modbus

Universal MasterOPC Server версии 2.0.0.12 и выше, программируемый контроллер S7-

1200 версии от v2.0, сетевое соединение между контроллером и рабочей станцией.

3 Создание проекта в STEP 7

STEP 7 Professional / Basic V11 – это пакеты программ, использующие для своей

работы функциональные возможности программного обеспечения TIA (Totally Integrated

Automation) Portal V11. Программное обеспечение TIA Portal формирует

интегрированную рабочую среду для разработки комплексных проектов на основе

множества программных и аппаратных компонентов департамента Siemens IA&DT.

3.1 Создание проекта

Запустите STEP 7 (Пуск-Программы-Siemens Automation-TIA Portal V11).

После запуска STEP7 откроется окно Portal View. Для создания нового проекта

выберите пункт меню Create new project (Рисунок 3-1), запустится мастер создания

проекта.

Рисунок 3- 1

В поле Create new project введите исходные данные проекта и нажмите кнопку

Create (Рисунок 3-2).

http://www.iadt.siemens.ru/assets/files/infocenter/catalogs_and_brochures/as/catalogs/ST70/04_S7-1200_2013_ru.pdf

http://iadt.siemens.ru/assets/files/infocenter/Documetations/Automation_systems/PLC/S7-1200/s71200_system_manual_r.pdf

http://iadt.siemens.ru/assets/files/infocenter/Documetations/Automation_systems/PLC/S7-1200/s71200_system_manual_r.pdf

http://insat.ru/prices/info.php?pid=6944



Рисунок 3- 2

Проект создан.

3.2 Установка контроллера

Следующим шагом необходимо добавить контроллер в наш проект. В окне First

steps мастера проекта выберите пункт Configure a device (Рисунок 3-3).

Рисунок 3- 3



Мастер проекта откроет вкладку Device & network.

Вкладка Device & network отображает информацию об устройствах проекта (Show all

devices), конфигурацию сети (Configure networks). Для добавления контроллера в проект

выберите пункт меню Add new device (Рисунок 3-4), в правой части экрана появится окно

добавлении устройства в проект Add new device.

Рисунок 3- 4

Окно Add new device (Рисунок 3-5) содержит полную линейку оборудования Simatic,

поддерживаемую текущей версией STEP7. Во вкладке PC Systems находятся PC-

совместимые устройства (компьютеры, встраиваемые контроллеры) и устройства HMI

(панели управления), вкладка PLC – содержит программируемые контроллеры Simatic

(версия программы STEP7 Basic от V11 содержит только контроллеры S7-1200). На

вкладке PLC выберите подключаемый контроллер, в правой части окна отображается

краткая информации о контроллере и поле выбора версии программного обеспечения.

Нажмите кнопку Add. Стойка с контроллером добавлена в проект.



Рисунок 3- 5

Примечание. Если вы не знаете, какой версии у вас контроллер, выберите 6ES7 2XX-XXXX-XXXX в директории Unspecified CPU 1200 (Рисунок 3-6). Определение конфигурации устройств подробно описано в документе «Программируемый контроллер S7-1200. Системное руководство», пункт 4.2 «Выявление конфигурации для заранее не заданного CPU».



Рисунок 3- 6

3.3 Конфигурирование контроллера

Следующим шагом необходимо сконфигурировать контроллер.

После добавления устройства открывается главное окно проекта Project view

(Рисунок 3-7). Окно Project view условно разделено на 5 областей:

1. Меню (Menu);

2. Дерево проекта (Project tree);

3. Рабочая область проекта;

4. Окно инспектора (Inspector view);

5. Дерево элементов и задач (Task card).



Рисунок 3- 7

В нашем примере стойка будет содержать только один контроллер, для добавления

дополнительных модулей выберите их во вкладке Hardware catalog окна Task card и

перетащите на стойку.

В рабочей области проекта выделите контроллер левой кнопкой мыши (Рисунок 3-8)

и перейдите на вкладку свойств Properties в окне Inspector view (Рисунок 3-9).

Рисунок 3- 8



Рисунок 3- 9

Для конфигурирования сетевых параметров перейдите на вкладку Profinet

interface (Рисунок 3-10).

Рисунок 3- 10

На вкладке Profinet interface выберите пункт IP protocol и введите параметры вашей

сети (Рисунок 3-11).


Следующим шагом необходимо активизировать «системную память».



Байт системной памяти представляет в распоряжение следующие четыре бита, на

которые вы можете ссылаться в своей пользовательской программе:

– Бит Always 0 (low) всегда установлен на 0.

– Бит Always 1 (high) всегда установлен на 1.

– Бит Diagnostic graph changed устанавливается в 1 на время одного цикла

сканирования, после того как CPU регистрирует диагностическое событие.

– Бит First scan устанавливается в 1 на время первого цикла сканирования после

завершения OB запуска (после исполнения первого цикла этот бит устанавливается в 0)

Системная память активизируется во вкладке System and clock memory (Рисунок 3-

12), отметьте галочку в пункте Enable the use of system memory byte и выберите номер

байта (в нашем примере байт 1).


Конфигурирование контроллера окончено.

3.4 Создание программы для контроллера

Следующим этапом необходимо создать программу для контроллера.

Контроллер поддерживает следующие виды блоков, позволяющие создать

эффективную структуру пользовательской программы:

Организационные блоки (OB) определяют структуру программы. Некоторые OB

имеют предопределенное поведение и стартовые события, можно также создавать OB со

своими собственными стартовыми событиями.

Функции (FC) и функциональные блоки (FB) содержат программный код,

соответствующий конкретным задачам или комбинациям параметров. Каждая функция и

каждый функциональный блок предоставляет в распоряжение набор входных и выходных

параметров для совместного использования данных с вызываемым блоком. FB

использует также связанный с ним блок данных (называемый «экземплярным DB») для



сохранения данных о состоянии во время исполнения, которые могут быть использованы

другими блоками в программе.

Блоки данных (DB) хранят данные, которые могут быть использованы

программными блоками.

Примечание. Перед созданием программы рекомендуется ознакомиться с особенностями работы контроллера в документе «Программируемый контроллер S7-1200. Системное руководство», раздел 3 «Основы ПЛК».

В качестве языка программирования можно выбрать цепную логическую схему

(ladder logic, LAD), или функциональную блок-схему (Function Block Diagram, FBD.

LAD – это графический язык программирования. Это представление основано на

схемах электрических соединений. LAD соответствует языку программирования LD (Ladder

Diagram) стандарта IEC 61131-3.

FBD также является графическим языком программирования. Представление логики

здесь основано на графических логических символах, используемых в булевой алгебре.

Соответствует языку программирования FBD (Function Block Diagram) стандарта IEC 61131-

3.

Примечание. Для создания FB и FC помимо LAD и FBD в новых версиях STEP7 добавлен язык программирования SCL (соответствует языку ST-Structured Text стандарта IEC 61131-3).

В нашем примере будем использовать язык FBD.

Выделите блок «OB1» в окне Project tree – PLC_1 – Program blocks (Рисунок 3-12),

вызовите контекстное меню правой кнопкой мыши, выберите пункт Properties (Рисунок

3-13).



Откроется окно свойств организационного блока OB1. В окне свойств OB1 в поле

Language выберите язык программирования FBD и нажмите OK (Рисунок 3-15).


Для перехода в рабочую область программы (Рисунок 3-16) щелкните два раза

левой кнопкой мыши на блоке OB1 в дереве проекта Project tree – PLC_1 – Program

blocks (Рисунок 3-13).




3.5 Использование функционального блока MB_SERVER

Для чтения и записи данных из контроллера по протоколу Modbus TCP необходимо

использовать функциональный блок MB_SERVER. Функциональный блок MB_SERVER

расположен в библиотеке инструкций INSTRUCTIONS-Communication - Communication

processor - Modbus TCP - MB_SERVER окна Task card (Рисунок 3-17). Для того чтобы

получить справочную информацию по блоку необходимо выделить блок и нажать кнопку

F1.

Щелкните дважды левой кнопкой мыши по блоку, чтобы создать экземпляр

функционального блока, откроется окно свойств Call options (Рисунок 3-18). В поле Name

введите имя экземпляра блока, в поле Number задайте его номер, либо установите

галочку Automatic для автоматической нумерации. Нажмите OK.





Экземпляр блока появился в рабочей области программы (Рисунок 3-19).


Функциональный блок MB_SERVER содержит 4 входа, 5 выходов, 1 вход-выход.

Имя Тип Назначение

Входы:

EN BOOL Функциональный блок исполняется если на данном входе

присутствует сигнал «True» («Истина»).

DISCONNECT BOOL Управление инициализацией соединения

CONNECT_ID WORD Уникальный идентификатор соединения



IP_PORT WORD Номер порта

Входы-выходы:

MB_HOLD_REG POINTER Указатель на область памяти для чтения и записи по протоколу

Modbus

Выходы:

NDR BOOL 0 – нет новых данных, 1 – новые данные были записаны через

Modbus

DR BOOL 0 – нет прочитанных данных, 1 – данные были прочитаны

через Modbus

ERROR BOOL 1 – ошибка вызова блока MB_SERVER

STATUS WORD Код ошибки

ENO BOOL

Если у блока имеется сигнала на входе EN и блок выполняет

свою функцию без ошибок, то выход ENO передает сигнал

(ENO = 1) следующему элементу. Если в исполнении блоковой

команды обнаружена ошибка, то поток сигнала прерывается

(ENO = 0) у блоковой команды, которая вызвала ошибку.

В данном примере в качестве области памяти для хранения переменных о

состоянии экземпляра блока MB_SERVER и буфера данных для чтения и записи по

протоколу Modbus используется глобальный блок данных DATA BLOCK.

Для создания глобального блока данных перейдите в раздел Program blocks

контроллера в окне дерева проекта Project tree и щелкните дважды левой кнопкой мыши

по пункту Add new block (Рисунок 3-20).




В появившемся окне Add new block (Рисунок 3-21) выберите вкладку Data Block, в

поле Name введите имя блока, в поле Number присвойте блоку данных его номер,

присвоить номер блоку данных можно автоматически установив галочку Automatic, либо

задать номер вручную, установив галочку Manual, в поле Block access выберите –

Standard - compatible with S7-300/400 и нажмите OK. Обратиться к любому блоку данных

в STEP7 можно по его символьному или абсолютному адресу: символьный адрес –

символьное значение в поле Name ( в данном случае – MB_TCP_DATA), абсолютный

адрес – порядковый номер в поле Number (в данном случае DB2).




Откроется рабочая область блока данных DB (Рисунок 3-22). Рабочая область

состоит из меню блока управления элементами блока - редактирование строк, режимы

мониторинга переменных. Область данных блока состоит из нескольких столбцов:

Name – имя переменной;

Data type – тип данных;

Offset – относительный адрес памяти в формате Byte.Bits;

Start value – начальное значение переменной;

Retain – сохранение в энергонезависимой памяти;

Visible in HMI – видимость переменных в HMI;

Comment – поле для ввода комментариев.




Структура блока будет состоять из двух элементов типа struct:

status – для хранения данных о состоянии экземпляра блока MB_SERVER;

data – буфер памяти для чтения и записи по протоколу Modbus.

Список переменных представлен в таблице:

Имя Тип Назначение

status:

ndr BOOL 0 – нет новых данных, 1 – новые данные были записаны через Modbus

dr BOOL 0 – нет прочитанных данных, 1 – данные были прочитаны через Modbus

error BOOL 1 – ошибка вызова блока MB_SERVER

status WORD Код ошибки

data:

40001 WORD Область памяти с доступом по адресу Modbus 40001






Введите данные в соответствии с рисунком 3-23, в полях элемента data в столбце

Start value введите произвольные значения (необходимы для тестирования связи

контроллера с OPC-сервером).


Поле Offset содержит нулевые значения адресов памяти. Чтобы STEP7 присвоил

переменным свои адреса необходимо блок скомпилировать.

Для компилирования блока перейдите в раздел Program Blocks в окне дерева

проекта Project tree, вызовите контекстное меню блока MB_TCP_DATA правой кнопкой

мыши, выберите пункт Compile-Software.




Заново откройте блок данных MB_TCP_DATA, щелкнув по нему два раза левой

кнопкой мыши в разделе Program Blocks дерева проекта Project tree. В поле Offset

появились относительные адреса памяти (Рисунок 3-25).


Блок данных создан. Перейдите в рабочую область организационного блока OB1

(двойное нажатие левой кнопкой мыши на блоке OB1 в разделе Program blocks) и

введите переменные для блока MB_SERVER_DB (Рисунок 3-26). Параметр MB_HOLD_REG

является указателем на область памяти, используемой для чтения и записи по

протоколу Modbus, формат записи: "P#bit address" "data type" "length", где:

bit address – абсолютный адрес на первый бит области памяти для записываемых

или считываемых данных по протоколу Modbus;

data type - тип данных регистра Modbus (WORD,INT,UINT);

length – указывает на количество считываемых или записываемых регистров

Modbus.

Адреса Modbus начинаются с 40001, указывая на двухбайтное значение области

памяти контроллера (Рисунок 3-27). Таким образом, указатель памяти на элемент data

блока данных DB2 (символьное имя – MB_TCP_DATA) длинной 4 слова (8 байт), который

начинается с 4 байта (первые 4 байта в MB_TCP_DATA занимает элемент status),

необходимо записать в виде: P#DB2 DBx4.0 WORD 4.

Примечание. Для чтения и записи переменных типа Bool, можно использовать упаковку битов в регистр Word. Для этого в блоке MB_TCP_DATA в структуре data нужно добавить элемент (в нашем случае он будет иметь адрес 40005) с типом данных Array [0..15] of Bool. Таким образом создается массив из двоичных



величин c адресом MB_TCP_DATA.data.40005[0]...40005[15]. Извлечь отдельные биты можно средствами самого OPC сервера или же непосредственно в SCADA-системе.



Примечание. В STEP7 данные можно вводить в виде абсолютной и символьной адресации. Ввод символьной адресации поддерживает интеллектуальный ввод (Рисунок 3-28), при вводе абсолютного адреса программа может автоматически присваивать символьное имя вводимому адресу (по умолчанию символьные адреса помещаются в таблицу тэгов PLC tags-Default tag table).




3.6 Загрузка проекта в контроллер

Создание программы для контроллера окончено. Перед загрузкой в контроллер

рекомендуется скомпилировать организационный блок OB1, при компиляции блок

проверяется на ошибки.

Вызовите контекстное меню блока OB1 в дереве проекта правой кнопкой мыши,

выберите пункт Compile-Software (Рисунок 3-29). Результаты компиляции отображаются в

окне инспектора Inspector view на вкладке Compile (Рисунок 3-30).





Для загрузки проекта в контроллер вызовите правой кнопкой мыши контекстное

меню контроллера в дереве проекта Project tree, выберите пункт Download to device – All

(Рисунок 3-31). Поле All означает загрузку всех блоков и конфигурацию устройств в

контроллер, загружать конфигурацию устройств и блок данных можно отдельно через

контекстное меню Download to device каждого блока.




Откроется окно загрузки Extended download to device, в поле Type of the PG/PC

interface выберите тип соединения PN/IE, в поле PG/PC interface выберите имя сетевого

интерфейса (сетевой карты), через который реализуется связь с контроллером.

После выбора сетевого интерфейса STEP7 автоматически просканирует сеть и

определит список доступных устройств. По умолчанию программа отобразит только тот

контроллер, который будет иметь заданную нами конфигурацию, чтобы увидеть весь

список доступных контроллеров установите галочку в поле Show all accessible devices,

выберите контроллер и нажмите кнопку Load (Рисунок 3-32).

Примечание. Имя сетевого интерфейса должно содержать только латинские символы, если в списке устройств связи PG/PC interface вы не обнаружили свой сетевой интерфейс, переустановите драйвер вашего устройства в диспетчере устройств Windows.




Если IP адрес подсети вашего сетевого интерфейса отличается от заданной подсети в

контроллере, программа запросит изменить IP адрес сетевого интерфейса в соответствии

с заданной маской подсети контроллера. В окне назначения IP-адреса нажмите кнопку

Yes (Рисунок 3-33), затем OK (Рисунок 3-34).



Перед загрузкой в контроллер программа выведет окно Load preview, чтобы

перезаписать блоки в контроллере отметьте галочку Overwrite в поле Action, нажмите

Load (Рисунок 3-35).




После загрузки в окне Load results (Рисунок 3-36) программа предложит запустить

модули сконфигурированной стойки с контроллером. Отметьте галочку Start all и

нажмите Finish.




Проект загружен в контроллер, контроллер должен перейти в состояние RUN

(зеленый цвет индикатора RUN/STOP на панели контроллера).

4 Создание конфигурации OPC-сервера

Следующим этапом необходимо создать конфигурацию OPC-сервера.

Запустите MasterOPC Universal Modbus Server (Пуск-Программы - InSAT - MasterOPC

Universal Modbus Server - MasterOPC Universal Modbus Server) и добавьте

коммуникационный узел, вызвав контекстное меню правой кнопкой мыши на элементе

Сервер окна Объекты (Рисунок 4-1).

Рисунок 4- 1

В окне Редактирование коммуникационного узла (Рисунок 4-2) введите:

Имя узла – Modbus TCP;

Тип узла – TCP/IP;

IP адрес – 192.168.0.5 (IP адрес контроллера);

IP порт – 502 (вход IP_PORT в FB MB_SERVER).

Значение остальных полей оставьте по умолчанию, нажмите Да.



Рисунок 4- 2

Добавьте устройство, вызвав правой кнопкой мыши контекстное меню узла

Modbus TCP (Рисунок 4-3).



Рисунок 4- 3

В окне Редактирование устройства (Рисунок 4-4) введите:

Имя устройства – S7-1200;

Тип устройства – Modbus;

Адрес – 1 (Вход Connection_ID в FB MB_SERVER).

Значения остальных полей оставьте по умолчанию, нажмите Да.



Рисунок 4- 4

Для чтения данных из контроллера в созданное устройство необходимо добавить

тэги. Вызовите правой кнопкой мыши контекстное меню созданного устройства S7-

1200 (Рисунок 4-5).



Рисунок 4- 5

В окне Редактирование тега (Рисунок 4-6) введите:

Имя тега - Tag 40001;

Регион – HOLDING_REGISTERS;

Адрес – 0. На задании адреса и региона остановимся подробнее.

В контроллерах Siemens, Modbus адреса представлены в стандартном виде.

Стандартный Modbus адрес, определяет номер используемой функции чтения, записи и

адрес переменной.

При стандартной адресации существует четыре области памяти:

Дискретные флаги (COILS): адреса 00001...09999, чтение функция 1, запись -

функция 15;

Дискретные входы (DISCRETE_INPUTS): адрес 10001...19999, чтение - функции 2;

Входные регистры (INPUT_REGISTERS): адрес 30001...39999, чтение - функция 4;

Хранимые регистры (HOLDING_REGISTERS): адрес 40001...49999, чтение - функция

3, запись - функция 16.

Для преобразования стандартного Modbus адреса, к современному

представлению адресов OPC сервера, необходимо выполнить следующее:

1. По первой цифре стандартного адреса определить регион, к которому

принадлежит данный регистр;



2. Убрать из стандартного адреса первую цифру и вычесть единицу.

Например, если стандартный адрес равен 40013, то в Modbus Universal MasterOPC

сервере, это будет тег региона Holding_Registers, а адрес регистра будет равен 12.

В нашем случае стандартный адрес регистра равен 40001, то есть регион

Holding_Register, а номер регистра равен нулю.

Введем остальные параметры тега.

Тип данных в устройстве – uint16 (соответствует типу WORD контроллера);

Тип доступа – ReadOnly (в нашем примере мы будем только читать регистры, но

допустимо также производить запись данных).

Значении остальных полей оставьте по умолчанию, нажмите кнопку Да.

Рисунок 4- 6



Остальные 3 тэга отличаются от тэга Tag 40001 только адресом, для удобства

добавления остальных тегов осуществим через механизм тиражирования, для этого

вызовем правой кнопкой мыши контекстное меню Tag 40001 и выберем пункт

Дублировать (Рисунок 4-7).

Рисунок 4- 7

В окне Дублирование тега (Рисунок 4-8) в поле Количество копий введите 3 и

нажмите Да.

Рисунок 4- 8

OPC-сервер автоматически создаст имя тега и его адрес (Рисунок 4-9).



Рисунок 4- 9

Конфигурирование OPC-сервера окончено. Проверим соединение с контроллером –

нажмите левой кнопкой мыши на логотип OPC-сервера в левом верхнем углу, нажмите

кнопку Старт (Рисунок 4-10) и подтвердите сохранение конфигурации.


OPC-сервер в режиме «online» в окне Теги (Рисунок 4-11) отобразит значения тэгов,

которые должны совпадать со стартовыми значениями элемента data блока данных

MB_TCP_DATA (Рисунок 3-23).




Для просмотра значений блока данных из среды STEP7 нажмите кнопку Go online в

панели меню (Рисунок 4-12). Программа осуществит соединение с контроллером.


Зайдите в рабочую область экземпляра блока данных MB_TCP_DATA, и нажмите на

кнопку Monitor all в меню блока.




Рабочая область блока в режиме просмотра отображает значения переменных в

столбце Monitor value в 16-ичной системе счисления для числовых значений (Рисунок 4-

14).


На этом конфигурирование контроллера и OPC сервера завершено.

Примечание. Проект Step 7 для контроллера S7-1200 с полным кодом данного примера, а также конфигурация OPC сервера приложены к документации.

modbus universal masteropc сервер Подключение · pdf filestandard -...

Documents