西门子PLC跨代通讯：SMARTS7-200与S7-1500以太网模块组网控制数控机床

一.行业痛点与需求背景

在现代数控机床加工车间，自动化设备的互联互通已成为提升生产效率、实现智能化管理的核心需求。然而，许多仍在服役的西门子S7-200系列PLC（尤其是SMART200型号）因硬件设计限制，未配备以太网接口，仅通过9针RS485串口实现有限通讯，这一缺陷成为制约车间智能化升级的主要瓶颈。

某重型机械制造企业的精密加工车间正面临这一困境：车间内12台数控车床均采用西门子SMARTS7-200PLC（型号ST40）作为控制核心，负责主轴转速、进给量、刀库切换等关键动作的逻辑控制。随着企业推进智能制造改造，需要将这些设备接入以西门子S7-1500PLC（型号1511-1PN）为核心的车间级控制系统，并实现与上位机SCADA系统（WinCCV7.5）的数据交互。同时，车间原有3台昆仑通态TPC1061H触摸屏和2台威纶通MT8102iE触摸屏需保留使用，实现对单台设备的本地操作与监控。

传统解决方案存在明显局限：若通过串口服务器实现通讯转换，不仅需要复杂的协议转换配置，还存在数据传输速率低（最高115200bps）、连接稳定性差等问题；若整体更换为带以太网接口的新型PLC，将导致近30万元的设备采购成本，且需重新编写控制程序，停机改造周期长达2周，严重影响生产计划。

二.解决方案与设备选型

经过技术调研与方案论证，该企业最终选择捷米特（Jiemite）ETH-S7200-JM01Plus直通型以太网通讯处理器作为核心转换设备，构建低成本、高可靠性的通讯网络。该模块的核心优势在于：

1.硬件兼容性：专为西门子S7-200系列PLC设计，通过9针DB9接口与SMARTS7-200的PORT0/1串口直接连接，无需改动PLC内部程序

2.多协议支持：同时支持西门子S7协议（Client/Server模式）、ModbusTCP协议，可无缝对接S7-1500PLC与各类上位机系统

3.接口扩展性：保留原9针串口的通讯能力，支持RS485/232切换，可同时连接不同品牌触摸屏（兼容ModbusRTU协议）

4.工业级设计：宽温工作范围（-40℃~85℃）、抗电磁干扰（EMCLevel3），满足机床车间恶劣电磁环境需求

本次改造涉及的主要设备清单如下：

系统架构设计

整个通讯系统采用三层架构设计，实现设备层、控制层与监控层的无缝衔接：

1.设备层：12台数控车床的SMARTS7-200PLC通过捷米特ETH-S7200-JM01Plus模块实现串口转以太网，每台PLC的PORT0口连接以太网模块，PORT1口保留用于连接本地触摸屏（其中3台连接昆仑通态触摸屏，2台连接威纶通触摸屏，其余7台暂未配置本地屏）

2.控制层：西门子S7-1500PLC作为主站，通过工业以太网与12个捷米特模块建立S7协议通讯，实现对各设备的集中控制与数据采集

3.监控层：上位机WinCC系统通过ModbusTCP协议与捷米特模块通讯，实时显示设备运行参数、报警信息，并记录生产数据

网络拓扑采用星型结构：所有捷米特模块与S7-1500PLC均接入华为工业交换机，交换机通过光纤与监控室上位机连接，保障数据传输稳定性。为避免网络风暴，在交换机上配置了VLAN，将控制网络与监控网络逻辑隔离。

硬件安装与接线

捷米特ETH-S7200-JM01Plus模块的安装过程遵循工业设备安装规范：

1.模块固定：将模块通过DIN导轨安装在数控机床的电气柜内，与S7-200PLC保持5cm以上距离，避免电磁干扰

2.电源连接：采用DC24V供电，与PLC共用开关电源，确保接地可靠（接地电阻≤4Ω）

3.串口连接：使用捷米特原厂DB9公头线缆（型号JM-CAB-003）连接模块的COM口与S7-200PLC的PORT0口，接线定义如下：

o模块3脚（A+）→PLC3脚（A）

o模块8脚（B-）→PLC8脚（B）

o模块5脚（GND）→PLC5脚（SG）

4.以太网连接：使用超五类屏蔽网线连接模块ETH口与工业交换机，网线两端做好屏蔽层接地

5.触摸屏连接：对于需要本地操作的机床，将触摸屏通过另一根DB9线缆连接至S7-200PLC的PORT1口，昆仑通态与威纶通触摸屏均采用标准ModbusRTU通讯接线（A接A，B接B，GND接GND）

安装完成后，检查各连接点是否牢固，用扎带整理线缆，避免与强电线路并行敷设。

三.模块参数配置

捷米特ETH-S7200-JM01Plus模块支持Web配置与专用软件配置两种方式，本次采用后者（捷米特ConfigToolV2.3.5）进行参数设置：

1.网络参数设置：

oIP地址：192.168.0.101~192.168.0.112（按设备编号递增）

o子网掩码：255.255.255.0

o网关：192.168.0.1（与S7-1500PLC网关一致）

2.串口参数设置（与S7-200PLCPORT0匹配）：

o波特率：187500bps（S7-200默认最高波特率）

o数据位：8位

o停止位：1位

o校验位：无

o通讯协议：PPI（西门子专用协议）

3.以太网协议设置：

o主协议：S7Server（允许S7-1500PLC作为Client访问）

o从协议：ModbusTCPServer（允许WinCC上位机访问）

o数据映射：将S7-200的V区（V0.0~V500.0）映射为Modbus地址（40001~45001）

4.高级设置：

o心跳检测：使能（超时时间30秒）

o数据缓存：使能（缓存大小1024字节）

o断线重连：自动重连（间隔5秒）

配置完成后，点击"写入设备"按钮将参数下载至模块，重启模块使配置生效。通过ConfigTool的"设备搜索"功能确认所有模块均能正常通讯。

S7-1500PLC通讯程序开发

西门子S7-1500PLC作为主站，需编写通讯程序实现与12个捷米特模块的数据交互，采用TIAPortalV16编程环境：

1.硬件组态：

o在项目中添加S7-1500PLC（1511-1PN），配置其PROFINET接口IP为192.168.0.1

o添加"通用TCP/IP"设备，分别对应12个捷米特模块，设置IP地址与模块一一对应

2.通讯程序设计：

o使用"TSEND_C"和"TRCV_C"指令实现基于S7协议的客户端通讯

o采用轮询机制与12个模块依次通讯，每个模块的通讯周期设为100ms

o发送区：DB1.DBW0~DB1.DBW20（控制指令，如主轴启动、进给控制等）

o接收区：DB2.DBW0~DB2.DBW50（状态数据，如当前转速、进给量、报警代码等）

3.错误处理：

o检测通讯超时（设置超时时间500ms）

o记录通讯错误代码（存储在DB3中）

o实现错误重试机制（最多3次重试）

程序片段示例：

plaintext

//捷米特模块1通讯控制

IF"模块1_通讯允许"THEN

"TSEND_C_模块1".REQ:=TRUE;

"TSEND_C_模块1".DATA:="控制指令_模块1";

IF"TSEND_C_模块1".DONETHEN

"TRCV_C_模块1".REQ:=TRUE;

IF"TRCV_C_模块1".DONETHEN

"状态数据_模块1":="TRCV_C_模块1".DATA;

"模块1_通讯正常":=TRUE;

END_IF;

END_IF;

END_IF;

上位机与触摸屏配置

1.WinCC上位机配置：

o在WinCC中添加ModbusTCP驱动，创建12个驱动连接，分别指向各捷米特模块IP

o定义变量标签：对应Modbus地址40001~45001（映射S7-200的V区数据）

o设计监控画面：包含设备运行状态、实时参数曲线、报警信息列表等

o配置数据归档：每5秒记录一次关键参数，存储周期为30天

2.触摸屏配置：

o昆仑通态TPC1061H：在MCGS组态软件中选择"西门子S7-200PPI"驱动，设置波特率187500bps，读取PLC的I区和V区数据

o威纶通MT8102iE：在EBPro软件中选择"ModbusRTU"驱动，配置串口参数与PLCPORT1匹配，实现数据读写

四.系统调试与运行效果

系统调试分为三个阶段进行：

1.单体调试：逐一检查每个捷米特模块的通讯状态，通过ConfigTool的"数据监视"功能确认模块能正确读取S7-200PLC的V区数据，写入测试数据验证通讯双向性

2.联机调试：启动S7-1500PLC程序，监控数据收发情况，调整轮询周期确保所有设备通讯流畅；测试上位机WinCC与模块的Modbus通讯，验证数据一致性

3.负载测试：模拟12台设备同时运行的工况，连续72小时监控通讯稳定性，记录数据传输延迟（平均12ms）和丢包率（0%）

实际运行效果显示：

1.通讯性能：数据更新周期缩短至100ms，较原串口方案提升10倍以上

2.可靠性：连续运行3个月无通讯中断，平均无故障工作时间（MTBF）达1800小时

3.扩展性：新增2台设备时，仅需配置新模块IP地址即可接入系统，调试时间不足1小时

4.经济性：整体改造成本约8万元，仅为更换PLC方案的27%，且实现了原有触摸屏的复用

五.应用总结与扩展建议

捷米特ETH-S7200-JM01Plus网关模块在本次数控机床通讯升级项目中表现出显著优势，成功解决了S7-200PLC无以太网接口的行业痛点，同时兼顾了多品牌触摸屏的兼容需求。该方案的核心价值在于：

1.兼容性设计：既支持西门子专有协议，又兼容标准Modbus协议，实现了新旧设备的无缝对接

2.双接口设计：保留原串口功能，避免了触摸屏的重复投资，降低改造成本

3.工业级可靠性：在机床车间强电磁干扰环境下保持稳定运行，满足工业控制要求

对于后续扩展，建议：

1.增加OPCUA服务器功能，实现与MES系统的数据对接

2.配置模块的SNMP功能，实现远程诊断与维护

3.对于有更高实时性要求的场景，可升级至捷米特ETH-S7200-JM02型号（支持PROFINET协议）

本案例证明，采用专业的串口转以太网模块是解决老旧PLC通讯升级的经济有效方案，尤其适合对生产连续性要求高、预算有限的制造企业。捷米特ETH-S7200-JM01Plus模块凭借其稳定的性能和灵活的配置，为数控机床智能化改造提供了可靠的通讯保障。

更多详细内容或具体配置过程可咨询羽工。

审核编辑 黄宇