西门子SMARTS7-200PLC与S7-1200PLC以太网通讯及PPI集成实现工业机械控制

一、行业痛点与需求背景

在工业自动化领域，西门子S7-200系列PLC凭借其稳定可靠、性价比高的特点，长期以来被广泛应用于中小型自动化控制系统中。然而，随着工业4.0和智能制造的深入推进，传统的S7-200PLC逐渐暴露出一个显著的局限性——缺乏以太网接口。这一硬件设计上的缺陷，使得S7-200PLC在现代工业网络环境中面临诸多挑战：

首先，无法直接接入工业以太网，导致设备间的数据交互只能依赖传统的串口通讯方式，传输速率低、通讯距离有限，难以满足大规模自动化系统的数据集成需求。其次，在需要与新一代PLC（如西门子S7-1200/1500系列）或上位监控系统进行数据交互时，必须通过复杂的网关转换，增加了系统的复杂性和故障点。此外，传统的串口通讯方式也限制了远程监控、诊断和维护功能的实现，与现代化工厂的运维需求脱节。

某汽车零部件生产企业的自动化车间就面临着这样的困境。该车间早期生产线采用了多台西门子S7-200PLC（具体型号为CPU226CN）进行控制，负责传送带、机器人上下料、焊接设备等关键工序的自动化运行。随着企业产能扩张和智能化改造，车间新增了多条采用西门子S7-1200PLC（具体型号为CPU1214CDC/DC/DC）的生产线。为实现整个车间的统一监控和数据管理，需要将新旧生产线的PLC系统进行联网通讯，同时要求能够通过上位机（采用西门子WinCC监控软件）实现对所有设备的集中监控。

此外，车间原有的操作方式是通过西门子TD400C文本显示器对S7-200PLC进行本地操作，随着生产工艺的优化，需要更换为功能更强大的触摸屏（选用威纶通MT8102iE）以实现更直观的人机交互。但由于S7-200PLC的硬件限制，如何在不影响原有控制系统稳定性的前提下，同时实现与S7-1200PLC的以太网通讯、与上位机的监控数据交互以及与新触摸屏的连接，成为该企业面临的重要技术难题。

二、解决方案与设备选型

针对上述问题，经过技术调研和方案论证，最终选择采用捷米特ETH-S7200-JM01Plus直通型以太网通讯处理器作为核心解决方案。该模块的主要优势在于：

专为西门子S7-200PLC设计，通过9针串口（RS485）与S7-200PLC的PORT0或PORT1端口连接，可将S7-200PLC的串口数据转换为以太网数据，完美解决S7-200PLC无网口的硬件缺陷。

支持多种通讯协议，包括西门子S7协议（Client/Server模式）、ModbusTCP协议等，可实现与西门子S7-1200/1500等新一代PLC的无缝对接，同时支持与主流的上位监控软件（如WinCC、Intouch、组态王等）进行数据交互。

采用"直通型"设计，模块的9针串口在实现以太网转换的同时，可通过内部切换电路保持与外部设备的连接，使得触摸屏可以直接连接到模块的9针口，无需额外的串口分配器或交换机，简化了系统布线和结构。这一特性尤为重要，满足了用户希望同时连接触摸屏的需求，且支持任何品牌的触摸屏（如威纶通、西门子、三菱、台达等），兼容性极强。

支持Web配置和软件配置两种方式，用户可通过浏览器或专用配置软件对模块的IP地址、通讯参数、协议类型等进行灵活设置，配置过程简单直观，无需复杂的编程知识。

采用工业级设计，工作温度范围为-40℃~85℃，支持宽电压供电（DC10~30V），具备良好的抗干扰能力和稳定性，能够适应工业现场的恶劣环境。

本项目的主要设备清单如下：

三、系统设计与网络架构

本项目的系统架构采用分层设计，主要分为设备层、控制层和监控层三个层级：

设备层：包括传送带、机器人、焊接设备等生产设备，通过传感器和执行器与PLC连接，实现设备的状态检测和控制。

控制层：由S7-200PLC、S7-1200PLC、捷米特ETH-S7200-JM01Plus模块和触摸屏组成。其中，每台S7-200PLC通过PORT0端口连接捷米特ETH-S7200-JM01Plus模块，模块的9针口同时连接威纶通触摸屏，实现本地操作；S7-200PLC通过捷米特模块接入工业以太网，与S7-1200PLC和上位机进行数据通讯。S7-1200PLC本身具备以太网接口，直接接入工业以太网。

监控层：由工业交换机和上位机组成，通过工业以太网实现对所有PLC的集中监控和数据管理。

网络拓扑结构采用星型结构，所有以太网设备（捷米特模块、S7-1200PLC、上位机）均通过网线连接到工业交换机，形成一个稳定可靠的工业以太网网络。各设备的IP地址分配如下：

上位机：192.168.0.1

S7-1200PLC1：192.168.0.10

S7-1200PLC2：192.168.0.11

捷米特模块1（对应S7-200PLC1）：192.168.0.20

捷米特模块2（对应S7-200PLC2）：192.168.0.21

捷米特模块3（对应S7-200PLC3）：192.168.0.22

工业交换机：192.168.0.254（默认管理地址）

四、硬件安装与接线

捷米特ETH-S7200-JM01Plus模块与S7-200PLC的连接：

使用西门子PROFIBUS电缆（6XV1830-0EH10），一端连接S7-200PLC的PORT0端口（9针D型母头），另一端连接捷米特模块的"PLC"端口（9针D型公头）。

接线方式遵循RS485标准，即PLC的3脚（A）接模块的3脚（A），PLC的8脚（B）接模块的8脚（B），屏蔽层连接以保证良好的抗干扰性能。

触摸屏与捷米特模块的连接：

使用威纶通触摸屏标配的通讯电缆，一端连接触摸屏的RS485端口，另一端连接捷米特模块的"Touch"端口（9针D型母头）。

同样遵循RS485标准接线，触摸屏的A脚接模块的3脚（A），触摸屏的B脚接模块的8脚（B）。

捷米特模块的供电：

使用DC24V电源为模块供电，电源正极接模块的"V+"端子，负极接模块的"GND"端子，注意极性不要接反。

以太网连接：

使用工业级超五类网线，一端连接捷米特模块的"ETH"以太网端口（RJ45接口），另一端连接工业交换机的任意端口。

S7-1200PLC和上位机同样通过网线连接到工业交换机的其他端口。

安装固定：

将捷米特模块通过DIN导轨安装在电气控制柜内，与PLC和其他设备保持适当距离，避免电磁干扰。

所有电缆均需固定整齐，避免因振动等原因导致接线松动。

五、软件配置与编程

1.捷米特ETH-S7200-JM01Plus模块的配置

采用Web配置方式对模块进行参数设置：

首先将电脑的IP地址设置为与模块默认IP地址（192.168.1.100）同一网段（如192.168.1.101），通过网线将电脑与模块直接连接。

打开浏览器，在地址栏输入模块的默认IP地址（192.168.1.100），进入登录界面，输入默认用户名和密码（均为admin）。

在"网络设置"页面，将模块的IP地址修改为预设的地址（如192.168.0.20），子网掩码设置为255.255.255.0，网关设置为192.168.0.254（与工业交换机的管理地址一致）。

在"串口设置"页面，根据S7-200PLC的PORT0端口参数（默认波特率9600bps，数据位8位，停止位1位，无奇偶校验，无流控制）进行设置，确保模块与PLC的串口参数一致。

在"协议设置"页面，选择"S7Client"模式，设置需要读取和写入的S7-200PLC的寄存器地址范围（如输入映像寄存器I、输出映像寄存器Q、变量存储器V等）。

保存配置并重启模块，使设置生效。

2.S7-200PLC的编程设置

使用西门子STEP7-Micro/WINV4.0编程软件对S7-200PLC进行编程：

在"系统块"的"通信端口"设置中，确认PORT0的通讯参数与捷米特模块的串口设置一致（波特率9600bps，数据位8位，停止位1位，无奇偶校验）。

根据生产工艺需求，编写控制程序，定义需要与外部交互的数据变量（如设备运行状态、故障报警、设定参数等），并将这些变量存储在指定的V寄存器地址中，以便捷米特模块能够读取和写入这些数据。

程序编写完成后，通过编程电缆将程序下载到S7-200PLC中，并进行调试运行，确保PLC能够正常控制设备运行。

3.S7-1200PLC的编程设置

使用西门子TIAPortalV15编程软件对S7-1200PLC进行编程：

在项目中添加S7-1200PLC设备，并设置其以太网IP地址为预设的地址（如192.168.0.10）。

配置S7-1200PLC的以太网通讯，在"设备配置"的"PROFINET接口"中启用"S7通讯"功能。

使用"S7通讯"指令（如GET和PUT指令）编写通讯程序，实现与S7-200PLC（通过捷米特模块）的数据交互。其中，GET指令用于读取S7-200PLC的数据，PUT指令用于向S7-200PLC写入数据。

在程序中定义需要交互的数据区，如S7-1200PLC的DB块，对应S7-200PLC的V寄存器地址，确保数据地址和长度的一致性。

程序编写完成后，下载到S7-1200PLC中，并进行测试，确保能够正确读取和写入S7-200PLC的数据。

4.上位机WinCC的配置

使用西门子WinCCV7.4组态软件进行上位机监控画面的设计和通讯配置：

创建新的WinCC项目，设置项目的通讯驱动为"S7协议集"。

添加新的驱动连接，选择"TCP/IP"作为通讯方式，分别设置与S7-1200PLC和捷米特模块（代表S7-200PLC）的连接参数，包括IP地址、机架号和插槽号等。

定义内部变量和外部变量，外部变量关联到PLC的相应寄存器地址，如S7-200PLC的V寄存器和S7-1200PLC的DB块。

设计监控画面，包括设备运行状态显示、参数设置、故障报警、趋势曲线等，并将画面元素与定义的变量关联。

配置报警记录和数据记录功能，实现对设备运行状态和关键参数的历史记录和查询。

运行WinCC项目，测试与PLC的通讯是否正常，监控画面是否能够正确显示设备状态和数据。

5.触摸屏的配置

使用威纶通EasyBuilderPro组态软件对MT8102iE触摸屏进行配置：

创建新的项目，选择触摸屏型号为MT8102iE，并设置与S7-200PLC的通讯参数。由于触摸屏是通过捷米特模块的"Touch"端口与S7-200PLC连接，通讯参数应与S7-200PLC的PORT0端口参数一致（波特率9600bps，数据位8位，停止位1位，无奇偶校验）。

选择西门子S7-200的通讯驱动，配置PLC的地址和数据格式。

设计触摸屏画面，包括主画面、手动操作画面、参数设置画面、故障报警画面等，实现与S7-200PLC的数据交互。

下载组态程序到触摸屏，并进行测试，确保触摸屏能够正确读取PLC的状态和参数，并能够向PLC发送控制指令。

六、系统调试与运行效果

1.调试过程

系统安装和配置完成后，进行分阶段调试：

单机调试：分别对每台S7-200PLC和S7-1200PLC进行单机运行测试，确保各PLC能够正常控制所属设备，触摸屏能够正确与S7-200PLC进行交互。

通讯测试：测试S7-200PLC（通过捷米特模块）与S7-1200PLC之间的以太网通讯，使用西门子TIAPortal的在线监控功能，检查数据是否能够正确传输。同时，测试上位机WinCC与各PLC的通讯，确保监控画面能够实时显示设备状态和数据。

联动调试：进行全系统联动运行测试，模拟生产过程中的各种工况，检查新旧生产线之间的协调配合是否正常，数据交互是否及时准确，报警功能是否可靠。

稳定性测试：连续运行系统72小时，观察设备运行状态和通讯稳定性，记录出现的问题并及时解决。

2.运行效果

经过调试和优化，系统最终达到了预期的运行效果：

通讯稳定可靠：S7-200PLC通过捷米特ETH-S7200-JM01Plus模块与S7-1200PLC实现了稳定的以太网通讯，数据传输速率快（达到100Mbps），延迟小（小于10ms），满足了实时控制的需求。

集中监控实现：上位机WinCC能够实时采集所有PLC的运行数据，包括设备状态、生产计数、故障信息等，并通过直观的画面进行展示，方便操作人员和管理人员实时掌握生产情况。

本地操作便捷：威纶通触摸屏通过捷米特模块的"Touch"端口与S7-200PLC连接，实现了友好的本地人机交互，操作人员可以方便地进行手动操作、参数设置和故障查询。

系统扩展性好：由于采用了以太网通讯，后续可以方便地增加新的设备或系统（如MES系统、ERP系统），只需将新设备接入工业以太网即可实现数据交互，为企业的智能化升级奠定了基础。

运行成本降低：通过捷米特模块实现了S7-200PLC的以太网升级，避免了因更换PLC而产生的高额成本，同时简化了系统结构，降低了维护难度和成本。

七、总结与展望

本案例通过采用捷米特ETH-S7200-JM01Plus直通型以太网通讯处理器，成功解决了西门子S7-200PLC无网口的行业痛点，实现了与S7-1200PLC、上位机WinCC以及威纶通触摸屏的稳定通讯，构建了一个高效、可靠、集成化的工业自动化控制系统。

捷米特ETH-S7200-JM01Plus模块以其卓越的性能和灵活的配置，不仅完美兼容西门子S7系列PLC，还支持与各种品牌的触摸屏连接，为工业自动化系统的升级改造提供了理想的解决方案。该模块的应用，不仅保护了企业的既有投资，延长了S7-200PLC的使用寿命，还满足了现代化工厂对数据集成、集中监控和远程运维的需求，提升了企业的生产效率和管理水平。

随着工业物联网和智能制造的不断发展，工业设备的互联互通将变得越来越重要。捷米特系列以太网通讯模块将继续发挥其技术优势，为更多的工业自动化设备提供便捷、可靠的网络接入方案，助力企业实现智能化转型升级。未来，我们还将进一步探索该模块在远程诊断、预测性维护等领域的应用，为工业自动化行业带来更多创新和价值。

更多详细内容或具体配置过程可咨询羽工。

审核编辑 黄宇