C#工控上位机实例_「C#上位机」西门子1200PLC实用定位控制程序案例

​1. 引言

本文是一篇综合性非常强的文章，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。

2. 项目开发平台

采用西门子TIA Portal V15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 V15、VS2019、ModbusPoll(用于测试通信)

3. 硬件接线

4. PLC编程

5. 上位机开发思路

目前比较主流开发上位机的方式，主要是组态软件(触摸屏)、C#开发上位机，C#开发上位机与传统的组态软件之间的区别，主要体现在如下三个方面：

• 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。
• 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。
• 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：

• 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。
• 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，因为学会了ModbusTCP，意味着市场上的大部分仪表、PLC通信都可以搞得定，PLC程序编写如下如下所示：

• 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。

Modbus地址与PLC地址的映射(控制位)

Modbus地址与PLC地址的映射(参数地址)

ModbusServer程序编写

上位机UI界面设计

• 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。

6. 上位机功能开发

• 首先创建一个Windows窗体应用项目，项目名称为thinger.com.MotionPro。
• 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。
• 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。
• 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。
• 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。
• 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。
• 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。
• 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。
• 运动停止、运动暂停、复位相关功能。