一.行業(yè)痛點與需求背景

在現(xiàn)代數(shù)控機床加工車間，自動化設備的互聯(lián)互通已成為提升生產(chǎn)效率、實現(xiàn)智能化管理的核心需求。然而，許多仍在服役的西門子S7-200系列PLC（尤其是SMART200型號）因硬件設計限制，未配備以太網(wǎng)接口，僅通過9針RS485串口實現(xiàn)有限通訊，這一缺陷成為制約車間智能化升級的主要瓶頸。

某重型機械制造企業(yè)的精密加工車間正面臨這一困境：車間內12臺數(shù)控車床均采用西門子SMARTS7-200PLC（型號ST40）作為控制核心，負責主軸轉速、進給量、刀庫切換等關鍵動作的邏輯控制。隨著企業(yè)推進智能制造改造，需要將這些設備接入以西門子S7-1500PLC（型號1511-1PN）為核心的車間級控制系統(tǒng)，并實現(xiàn)與上位機SCADA系統(tǒng)（WinCCV7.5）的數(shù)據(jù)交互。同時，車間原有3臺昆侖通態(tài)TPC1061H觸摸屏和2臺威綸通MT8102iE觸摸屏需保留使用，實現(xiàn)對單臺設備的本地操作與監(jiān)控。

傳統(tǒng)解決方案存在明顯局限：若通過串口服務器實現(xiàn)通訊轉換，不僅需要復雜的協(xié)議轉換配置，還存在數(shù)據(jù)傳輸速率低（最高115200bps）、連接穩(wěn)定性差等問題；若整體更換為帶以太網(wǎng)接口的新型PLC，將導致近30萬元的設備采購成本，且需重新編寫控制程序，停機改造周期長達2周，嚴重影響生產(chǎn)計劃。

二.解決方案與設備選型

經(jīng)過技術調研與方案論證，該企業(yè)最終選擇捷米特（Jiemite）ETH-S7200-JM01Plus直通型以太網(wǎng)通訊處理器作為核心轉換設備，構建低成本、高可靠性的通訊網(wǎng)絡。該模塊的核心優(yōu)勢在于：

1.硬件兼容性：專為西門子S7-200系列PLC設計，通過9針DB9接口與SMARTS7-200的PORT0/1串口直接連接，無需改動PLC內部程序

2.多協(xié)議支持：同時支持西門子S7協(xié)議（Client/Server模式）、ModbusTCP協(xié)議，可無縫對接S7-1500PLC與各類上位機系統(tǒng)

3.接口擴展性：保留原9針串口的通訊能力，支持RS485/232切換，可同時連接不同品牌觸摸屏（兼容ModbusRTU協(xié)議）

4.工業(yè)級設計：寬溫工作范圍（-40℃~85℃）、抗電磁干擾（EMCLevel3），滿足機床車間惡劣電磁環(huán)境需求

本次改造涉及的主要設備清單如下：

系統(tǒng)架構設計

整個通訊系統(tǒng)采用三層架構設計，實現(xiàn)設備層、控制層與監(jiān)控層的無縫銜接：

1.設備層：12臺數(shù)控車床的SMARTS7-200PLC通過捷米特ETH-S7200-JM01Plus模塊實現(xiàn)串口轉以太網(wǎng)，每臺PLC的PORT0口連接以太網(wǎng)模塊，PORT1口保留用于連接本地觸摸屏（其中3臺連接昆侖通態(tài)觸摸屏，2臺連接威綸通觸摸屏，其余7臺暫未配置本地屏）

2.控制層：西門子S7-1500PLC作為主站，通過工業(yè)以太網(wǎng)與12個捷米特模塊建立S7協(xié)議通訊，實現(xiàn)對各設備的集中控制與數(shù)據(jù)采集

3.監(jiān)控層：上位機WinCC系統(tǒng)通過ModbusTCP協(xié)議與捷米特模塊通訊，實時顯示設備運行參數(shù)、報警信息，并記錄生產(chǎn)數(shù)據(jù)

網(wǎng)絡拓撲采用星型結構：所有捷米特模塊與S7-1500PLC均接入華為工業(yè)交換機，交換機通過光纖與監(jiān)控室上位機連接，保障數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定性。為避免網(wǎng)絡風暴，在交換機上配置了VLAN，將控制網(wǎng)絡與監(jiān)控網(wǎng)絡邏輯隔離。

硬件安裝與接線

捷米特ETH-S7200-JM01Plus模塊的安裝過程遵循工業(yè)設備安裝規(guī)范：

1.模塊固定：將模塊通過DIN導軌安裝在數(shù)控機床的電氣柜內，與S7-200PLC保持5cm以上距離，避免電磁干擾

2.電源連接：采用DC24V供電，與PLC共用開關電源，確保接地可靠（接地電阻≤4Ω）

3.串口連接：使用捷米特原廠DB9公頭線纜（型號JM-CAB-003）連接模塊的COM口與S7-200PLC的PORT0口，接線定義如下：

o模塊3腳（A+）→PLC3腳（A）

o模塊8腳（B-）→PLC8腳（B）

o模塊5腳（GND）→PLC5腳（SG）

4.以太網(wǎng)連接：使用超五類屏蔽網(wǎng)線連接模塊ETH口與工業(yè)交換機，網(wǎng)線兩端做好屏蔽層接地

5.觸摸屏連接：對于需要本地操作的機床，將觸摸屏通過另一根DB9線纜連接至S7-200PLC的PORT1口，昆侖通態(tài)與威綸通觸摸屏均采用標準ModbusRTU通訊接線（A接A，B接B，GND接GND）

安裝完成后，檢查各連接點是否牢固，用扎帶整理線纜，避免與強電線路并行敷設。

三.模塊參數(shù)配置

捷米特ETH-S7200-JM01Plus模塊支持Web配置與專用軟件配置兩種方式，本次采用后者（捷米特ConfigToolV2.3.5）進行參數(shù)設置：

1.網(wǎng)絡參數(shù)設置：

oIP地址：192.168.0.101~192.168.0.112（按設備編號遞增）

o子網(wǎng)掩碼：255.255.255.0

o網(wǎng)關：192.168.0.1（與S7-1500PLC網(wǎng)關一致）

2.串口參數(shù)設置（與S7-200PLCPORT0匹配）：

o波特率：187500bps（S7-200默認最高波特率）

o數(shù)據(jù)位：8位

o停止位：1位

o校驗位：無

o通訊協(xié)議：PPI（西門子專用協(xié)議）

3.以太網(wǎng)協(xié)議設置：

o主協(xié)議：S7Server（允許S7-1500PLC作為Client訪問）

o從協(xié)議：ModbusTCPServer（允許WinCC上位機訪問）

o數(shù)據(jù)映射：將S7-200的V區(qū)（V0.0~V500.0）映射為Modbus地址（40001~45001）

4.高級設置：

o心跳檢測：使能（超時時間30秒）

o數(shù)據(jù)緩存：使能（緩存大小1024字節(jié)）

o斷線重連：自動重連（間隔5秒）

配置完成后，點擊"寫入設備"按鈕將參數(shù)下載至模塊，重啟模塊使配置生效。通過ConfigTool的"設備搜索"功能確認所有模塊均能正常通訊。

S7-1500PLC通訊程序開發(fā)

西門子S7-1500PLC作為主站，需編寫通訊程序實現(xiàn)與12個捷米特模塊的數(shù)據(jù)交互，采用TIAPortalV16編程環(huán)境：

1.硬件組態(tài)：

o在項目中添加S7-1500PLC（1511-1PN），配置其PROFINET接口IP為192.168.0.1

o添加"通用TCP/IP"設備，分別對應12個捷米特模塊，設置IP地址與模塊一一對應

2.通訊程序設計：

o使用"TSEND_C"和"TRCV_C"指令實現(xiàn)基于S7協(xié)議的客戶端通訊

o采用輪詢機制與12個模塊依次通訊，每個模塊的通訊周期設為100ms

o發(fā)送區(qū)：DB1.DBW0~DB1.DBW20（控制指令，如主軸啟動、進給控制等）

o接收區(qū)：DB2.DBW0~DB2.DBW50（狀態(tài)數(shù)據(jù)，如當前轉速、進給量、報警代碼等）

3.錯誤處理：

o檢測通訊超時（設置超時時間500ms）

o記錄通訊錯誤代碼（存儲在DB3中）

o實現(xiàn)錯誤重試機制（最多3次重試）

程序片段示例：

plaintext

//捷米特模塊1通訊控制

IF"模塊1_通訊允許"THEN

"TSEND_C_模塊1".REQ:=TRUE;

"TSEND_C_模塊1".DATA:="控制指令_模塊1";

IF"TSEND_C_模塊1".DONETHEN

"TRCV_C_模塊1".REQ:=TRUE;

IF"TRCV_C_模塊1".DONETHEN

"狀態(tài)數(shù)據(jù)_模塊1":="TRCV_C_模塊1".DATA;

"模塊1_通訊正常":=TRUE;

END_IF;

END_IF;

END_IF;

上位機與觸摸屏配置

1.WinCC上位機配置：

o在WinCC中添加ModbusTCP驅動，創(chuàng)建12個驅動連接，分別指向各捷米特模塊IP

o定義變量標簽：對應Modbus地址40001~45001（映射S7-200的V區(qū)數(shù)據(jù)）

o設計監(jiān)控畫面：包含設備運行狀態(tài)、實時參數(shù)曲線、報警信息列表等

o配置數(shù)據(jù)歸檔：每5秒記錄一次關鍵參數(shù)，存儲周期為30天

2.觸摸屏配置：

o昆侖通態(tài)TPC1061H：在MCGS組態(tài)軟件中選擇"西門子S7-200PPI"驅動，設置波特率187500bps，讀取PLC的I區(qū)和V區(qū)數(shù)據(jù)

o威綸通MT8102iE：在EBPro軟件中選擇"ModbusRTU"驅動，配置串口參數(shù)與PLCPORT1匹配，實現(xiàn)數(shù)據(jù)讀寫

四.系統(tǒng)調試與運行效果

系統(tǒng)調試分為三個階段進行：

1.單體調試：逐一檢查每個捷米特模塊的通訊狀態(tài)，通過ConfigTool的"數(shù)據(jù)監(jiān)視"功能確認模塊能正確讀取S7-200PLC的V區(qū)數(shù)據(jù)，寫入測試數(shù)據(jù)驗證通訊雙向性

2.聯(lián)機調試：啟動S7-1500PLC程序，監(jiān)控數(shù)據(jù)收發(fā)情況，調整輪詢周期確保所有設備通訊流暢；測試上位機WinCC與模塊的Modbus通訊，驗證數(shù)據(jù)一致性

3.負載測試：模擬12臺設備同時運行的工況，連續(xù)72小時監(jiān)控通訊穩(wěn)定性，記錄數(shù)據(jù)傳輸延遲（平均12ms）和丟包率（0%）

實際運行效果顯示：

1.通訊性能：數(shù)據(jù)更新周期縮短至100ms，較原串口方案提升10倍以上

2.可靠性：連續(xù)運行3個月無通訊中斷，平均無故障工作時間（MTBF）達1800小時

3.擴展性：新增2臺設備時，僅需配置新模塊IP地址即可接入系統(tǒng)，調試時間不足1小時

4.經(jīng)濟性：整體改造成本約8萬元，僅為更換PLC方案的27%，且實現(xiàn)了原有觸摸屏的復用

五.應用總結與擴展建議

捷米特ETH-S7200-JM01Plus網(wǎng)關模塊在本次數(shù)控機床通訊升級項目中表現(xiàn)出顯著優(yōu)勢，成功解決了S7-200PLC無以太網(wǎng)接口的行業(yè)痛點，同時兼顧了多品牌觸摸屏的兼容需求。該方案的核心價值在于：

1.兼容性設計：既支持西門子專有協(xié)議，又兼容標準Modbus協(xié)議，實現(xiàn)了新舊設備的無縫對接

2.雙接口設計：保留原串口功能，避免了觸摸屏的重復投資，降低改造成本

3.工業(yè)級可靠性：在機床車間強電磁干擾環(huán)境下保持穩(wěn)定運行，滿足工業(yè)控制要求

對于后續(xù)擴展，建議：

1.增加OPCUA服務器功能，實現(xiàn)與MES系統(tǒng)的數(shù)據(jù)對接

2.配置模塊的SNMP功能，實現(xiàn)遠程診斷與維護

3.對于有更高實時性要求的場景，可升級至捷米特ETH-S7200-JM02型號（支持PROFINET協(xié)議）

本案例證明，采用專業(yè)的串口轉以太網(wǎng)模塊是解決老舊PLC通訊升級的經(jīng)濟有效方案，尤其適合對生產(chǎn)連續(xù)性要求高、預算有限的制造企業(yè)。捷米特ETH-S7200-JM01Plus模塊憑借其穩(wěn)定的性能和靈活的配置，為數(shù)控機床智能化改造提供了可靠的通訊保障。

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審核編輯 黃宇