1. 引言
本文是一篇綜合性非常強的文章，從PLC輸入輸出及步進電機接線開始，到PLC運動控制程序編寫，再到後續的ModbusTCP通信協議及上位機編程實現最終控制，涉及知識面比較廣，能夠讓我們很好地將所學知識結合起來。
2. 項目開發平臺
採用西門子TIA Portal V15編程軟件編寫運動控制程序，實現PLC（S7-1200系列：CPU1214C DC/DC/DC ）對步進電機的控制，再通過編寫ModbusTCP程序，將控制地址進行映射，從而方便上位機（VS 2019開發）與PLC進行通信，最終實現步進電機的運動方向、速度及距離的靈活控制。
涉及硬件：開關電源、S7-1200PLC、步進驅動器、步進電機、單軸模組、限位開關
涉及軟件：TIA Portal V15、VS2019、ModbusPoll（用於測試通信）
3. 硬件接線
4. PLC編程
步 驟操作說明1通過博圖軟件創建一個新的PLC項目，
根據硬件型號插入新設備，這裡為
CPU 1214C DC DC DC
2雙擊PLC的以太網口，設置IP地址，
這裡設置為192.168.2.210
3雙擊CPU，在脈衝發生器PTO/PWM選項中設置信號類型為PTO，脈衝輸出為Q0.0，方向輸出為Q0.1
4新建一個工藝對象，名稱為軸1，通過基本參數>驅動器，設置脈衝輸出為Pulse1
5通過擴展參數>位置限制，設置上下限位分別為I0.1和I0.2
6通過擴展參數>回原點>主動，設置原點開關為I0.0
7程序段1，調用MC_Power使能，各個引腳填寫如圖所示，其中Asix選擇軸1
8程序段2，調用MC_MoveRelative，各個引腳填寫如圖所示，該程序段主要用於執行相對運動
9程序段3，調用MC_MoveAbsolute，各個引腳填寫如圖所示，該程序段主要用於執行絕對運動
10程序段4，調用MC_MoveJog，各個引腳填寫如圖所示，該程序段主要用於執行前進和後退點動
11程序段5，調用MC_Home，各個引腳填寫如圖所示，該程序段主要用於執行歸零
12程序段6，調用MC_Reset，各個引腳填寫如圖所示，該程序段主要用於執行復位功能
13程序段7，調用MC_Halt，各個引腳填寫如圖所示，該程序段主要用於執行暫停功能
14程序段8，調用MC_ReadParam，來讀取相關參數，各個引腳填寫如圖所示，該程序段主要用於讀取實時脈衝
5. 上位機開發思路
目前比較主流開發上位機的方式，主要是組態軟件（觸摸屏）、C#開發上位機，C#開發上位機與傳統的組態軟件之間的區別，主要體現在如下三個方面：
- 功能限制：組態軟件對於一些特定的需求或者邏輯，會有一定的侷限性，使用上也受到軟件本身的約束；C#開發上位機完全自主開發，幾乎不存在功能上的限制，並且擴展方便。
- 技術要求：組態軟件最大的優勢在於方便，因為它本身都集成了一些通用協議和元件，只需要按照使用說明進行組態配置即可；C#開發需要完全自己搭建框架和實現底層代碼，對開發者的技術要求會更高一些。
- 價格成本：組態軟件需要按套、按點位收費，意味著每個項目無形中都有一個基礎成本；C#開發上位機自主開發，不需要二次授權費用，並且開發一套之後，可以快速應用到其他項目中。
採用C#上位機開發，首先需要考慮的是通信問題。西門子S7-1200支持很多種不同的通信協議，包括S7、ModbusTCP、TCP/IP、UDP、OPC等，從開發成本上來說，我們優先考慮S7和ModbusTCP，對於S7和ModbusTCP通信協議，比較一下兩者的優缺點：
- S7協議為西門子內部協議，協議本身不公開，需要調用或者自己開發通信庫，使用S7通信協議需要勾選CPU中的允許來自遠程對象的PUT/GET通信訪問。
- ModbusTCP為公開、免費協議，可以自己開發通信庫或者使用開源庫，使用ModbusTCP通信協議需要編寫一定的PLC程序來實現地址映射。
從公開免費和使用範圍的角度來考慮，這裡採用ModbusTCP通信協議，因為學會了ModbusTCP，意味著市場上的大部分儀表、PLC通信都可以搞得定，PLC程序編寫如下如下所示：
- 創建DB塊這裡首先創建一個DB塊，裡面包含了常用的一些操作和參數設置，值得注意的是，由於Modbus保持型寄存器的Bit位操作比較麻煩，因此這裡我們統一使用Word類型來代替Bit。
- Modbus地址與PLC地址的映射（控制位）
- Modbus地址與PLC地址的映射（參數地址）
- ModbusServer程序編寫
- 上位機UI界面設計
- ModbusTCP通信庫上位機開發功能實現的核心在於ModbusTCP通信庫編寫，由於Modbus協議是公開免費，可以自己根據Modbus協議來開發，也可以使用開源的Modbus庫，如NModbus等，有了ModbusTCP通信庫之後，我們可以將更多的精力放在業務處理及邏輯處理上面。
6. 上位機功能開發
- 首先創建一個Windows窗體應用項目，項目名稱為thinger.com.MotionPro。
- 日誌顯示功能：日誌顯示採用ListView進行顯示，綁定一個ImageList用來區分信息、報警、錯誤，添加日誌方法的參數包含日誌等級及日誌內容。
- 自己開發ModbusTCP通信庫或者使用開源庫，該庫應該具備建立連接、斷開連接、預置寄存器、讀取寄存器的功能。
- 建立連接和斷開連接：這裡通過按鈕實現建立連接和斷開連接2個功能。
- 相對位置運動：設置相對運動速度和相對運動位置，實現電機的相對運動。
- 絕對位置運動：設置絕對運動速度和絕對運動位置，實現電機的相對運動。
- 點動運動模式：設置點動運動速度，按住正向點動或者反向點動，實現電機的點動運動。
- 回原點模式：點擊回原點，可以控制物體回到原點位置並停止。
- 運動停止、運動暫停、復位相關功能。
7. 寫在最後
這個項目整體來說難度不是很大，但是涉及的知識面比較廣，非常適合上位機初學者進行學習和練手。本項目將在本週公開課中集中講解，並針對本公眾號粉絲提供同步視頻及源碼，實力寵粉，大家趕緊評論關注，恩邦小哥拉你入學習群。
