S7-1200与G120变频器的Modbus RTU通讯

显示全部楼层 · 2024-8-27 10:48:28

1 S7-1200与变频器的连接
1.1本例程的系统配置
本例程中用到的硬件：S7-1200（CPU 1214C）、G120 ( 控制单元CU240B-2 )、一台装有TIA Portal软件的PC机、CM1241模块、电源模块、标准RJ45网线。
1.2 硬件连接
1.2.1硬件连线
本例程中的硬件间的结构如下图所示：

图1-1

1.2.2 PLC与控制单元通信端口之间的连接
用电缆将CU240B-2 Modbus 通讯接口与PLC通信模块连接起来，如下图所示。

　　　　
图1-2

2 变频器设置
2.1 地址设置
可以通过控制单元上的地址开关，也可以通过参数 P2021 或 STARTER 中“Control Unit / Communication / Field bus”页面来确定变频器的 Modbus-RTU 地址。
只有所有地址开关都设为“OFF”(0)时，P2021 或 STARTER 中的设置才有效。否则，Modbus-RTU 地址为地址开关所设置的地址。
2.2 参数设置
除了设置地址之外，还需要对其他一些变频器的通信参数进行设置，才可以进行MODBUS通信。具体需要设置的参数如表2-1所示：

表2-1

参数	描述
P0015 = 21	变频器宏程序选择 I/O 配置
p2030 = 2	现场总线协议选择 2：Modbus
p2020	现场总线波特率设置范围是 4800 bit/s … 187500 bit/s，出厂为 19200 bit/s
p2024	Modbus 计时索引 0：最大从站应答延迟：在该时间后，从站应答主站。索引 1：字符延时：指一个 Modbus 消息帧内，单个字符之间允许的最大延迟时间。（即 Modbus 1.5 个字节标准的处理时间）索引 2：报文延时：指 Modbus 报文之间允许的最大延时。（即 Modbus 3.5 个字节标准的处理时间）
p2029	现场总线错误统计指现场总线接口上接收错误的统计、显示
p2040	过程数据监控时间指没有收到过程数据时发出报警的延时。注：该时间必须根据从站数量、总线波特率加以调整，出厂为 100 ms。

3 PLC组态和编程
3.1 创建项目
首先创建一个项目，点击创建新项目，输入名称，路径等信息。

图3-1

3.2 硬件组态
按照新手上路的提示首先选择设备和网络，进行硬件组态。

图3-2

点击添加新设备，添加相应型号的设备，修改设备名称，选择版本号，点击添加。

图3-3

在弹出的设备与网络的右侧硬件目录中，找到通信模块-点到点-CM1241(RS485)，加入CM1241通信模块。

图3-4

双击设备视图中的RS485端口，设置端口组态，本例程配置如下图。

图3-5

在左侧的项目树-设备-在线访问-Broadcom NetXtreme。。。（本例程PC机所使用的网卡），双击更新可使用的设备，搜索到连接的设备。

图3-6

3.3 编程
在左边的设备中找到S7-1200/程序块，打开主程序（Main[OB1]）。在右边的指令栏里选择通信/通信处理器/MODBUS，添加MB_COMM_LOAD和MB_MASTER。

图3-7

在弹出的调用选项中，定义一个背景数据块。

图3-8

使用同样的方法，再加入一个MB_MASTER模块，同样定义背景数据块。

图3-9

分别按照图3-10、图3-11设置MB_COMM_LOAD和MB_MASTER模块。

图3-10

图3-11

其中，MB_COMM_LOAD与MB_MASTER指令的参数说明，请参考表3-1，表3-2。
表3-1 MB_COMM_LOAD指令的参数

参数	声明	数据类型	存储区	说明
REQ	Input	BOOL	I、Q、M、D、L	在上升沿执行指令
PORT	Input	UINT	I、Q、M、D、L 或常量	通信端口的 ID：在设备组态中插入通信模块后，端口 ID 就会显示在 PORT 框连接的下拉列表中。也可以在变量表的“常量” (Constants) 选项卡中引用该常量。
BAUD	Input	UDINT	I、Q、M、D、L 或常量	波特率选择： 300, 600, 1200, 2400, 4800, 9600, 19200, 38400, 57600, 76800, 115200 所有其它值均无效。
PARITY	Input	UINT	I、Q、M、D、L 或常量	奇偶校验选择： 0 – 无 1 – 奇校验 2 – 偶校验
FLOW_CTRL	Input	UINT	I、Q、M、D、L 或常量	流控制选择： 0 –（默认值）无流控制 1 – 通过 RTS 实现的硬件流控制始终开启（不适用于 RS485 端口） 2 - 通过 RTS 切换实现硬件流控制
RTS_ON_DLY	Input	UINT	I、Q、M、D、L 或常量	RTS 延时选择： 0 -（默认值）到传送消息的第一个字符之前，激活 RTS 无延时。 1 至 65535 – 到传送消息的第一个字符之前，“激活 RTS”以毫秒为单位的延时（不适用于 RS-485 端口）。应用 RTS 延时必须与 FLOW_CTRL 选择无关。
RTS_OFF_DLY	Input	UINT	I、Q、M、D、L 或常量	RTS 关断延时选择： 0 –（默认值）传送最后一个字符到“取消激活 RTS”之间没有延时。 1 至 65535 – 在发送消息的最后一个字符到“取消激活 RTS”之间以毫秒为单位的延时（不适用于 RS-485 端口）。应用 RTS 延时必须与 FLOW_CTRL 选择无关。
RESP_TO	Input	UINT	I、Q、M、D、L 或常量	响应超时： “MB_MASTER”允许等待从站响应的时间（毫秒）如果从站在此时间内没有响应，则“MB_MASTER”将重复该请求，或者在发送了指定数目的重试后终止请求并返回错误。 5 ms 至 65535 ms（默认值 = 1000 ms）。
MB_DB	Input	VARIANT	D	“MB_MASTER”或“MB_SLAVE”指令的背景数据块的引用。在程序中插入“MB_SLAVE”或“MB_MASTER”之后，数据块标识符会显示在 MB_DB 框连接的下拉列表中。
DONE	Output	BOOL	I、Q、M、D、L	指令的执行已完成且未出错。
ERROR	Output	BOOL	I、Q、M、D、L	错误： 0 – 未检测到错误 1 – 表示检测到错误。在参数 STATUS 中输出错误代码。
STATUS	Output	WORD	I、Q、M、D、L	端口组态错误代码

表3-2 MB_MASTER指令的参数

参数	声明	数据类型	存储区	说明
REQ	Input	BOOL	I、Q、M、D、L	请求输入： 0 – 无请求 1 – 请求将数据发送到 Modbus 从站
MB_ADDR	Input	UINT	I、Q、M、D、L 或常量	Modbus RTU 站地址：默认地址范围：0 至 247 扩展地址范围：0 至 65535 值“0”已预留，用于将消息广播到所有 Modbus 从站。只有 Modbus 功能代码 05、06、15 和 16 支持广播。
MODE	Input	USINT	I、Q、M、D、L 或常量	模式选择：指定请求类型：读取、写入或诊断：有关详细信息，请参见 Modbus 功能表。
DATA_ADDR	Input	UDINT	I、Q、M、D、L 或常量	从站中的起始地址：指定 Modbus 从站中将供访问的数据的起始地址。可在 Modbus 功能表中找到有效地址。
DATA_LEN	Input	UINT	I、Q、M、D、L 或常量	数据长度：指定要在该请求中访问的位数或字数。可在 Modbus 功能表中找到有效长度。
DATA_PTR	Input	VARIANT	M、D	指向 CPU 的数据块或位存储器地址，从该位置读取数据或向其写入数据。对于数据块，必须使用“标准 - 与 S7-300/400 兼容”访问类型进行创建。
DONE	Output	BOOL	I、Q、M、D、L	0: 事务未完成 1: 事务完成，且无任何错误
BUSY	Output	BOOL	I、Q、M、D、L	0: 当前没有“MB_MASTER”事务正在处理中 1: "MB_MASTER" 事务正在处理中
ERROR	Output	BOOL	I、Q、M、D、L	0: 无错误 1: 出错，错误代码由参数 STATUS 来指示
STATUS	Output	WORD	I、Q、M、D、L	执行条件代码

3.4 下载
编译，确认无误后，点击下载。在弹出的“扩展的下载到设备”中，选择PG/PC接口类型，以及PG/PC接口。选择设备，并点击下载。

图3-12

在弹出的下载预览中，查看将要覆盖的内容，选择统一下载，并点击下载。

图3-13

3.5 监视
点击转到在线，并点击启动监视，此时即可通过PLC给变频器进行MODBUS通信。

图3-14

4 MODBUS通信控制变频器
4.1 使用MODBUS通信控制变频器启停
如下图所示，打开Tag_1，使能MB_MASTER。使能完成之后，关闭Tag_1。

图4-1

如图4-2，将MODE改为1（即写入数据），DATA_ADDR写入40101（主设定值寄存器号），DATA_PTR写入1000（给定值的写入值）。然后REQ使用一个脉冲沿来发送给定值。此时，变频器的给定值已经改为1000。
然后将DATA_ADDR写入40100（控制字寄存器号），DATA_PTR写入047E（停车），然后REQ使用一个脉冲沿来发送停车命令。再将DATA_ADDR写入40100（控制字寄存器号），DATA_PTR写入047F（启动），然后REQ使用一个脉冲沿来发送启动命令。

图4-2

注意：
MB_COMM_LOAD使能完成之后，一定要将Tag_1关闭，否则MB_MASTER模块将无法使用。
变频器启动位需要一个上升沿，所以先给其停车命令，然后发送启动命令，利用上升沿来启动变频器。
4.2 使用MODBUS通信修改和查看变频器参数
现在，以参数P1120加速时间为例，对参数的修改和查看进行讲解。
首先，进行读参数的演示。将MODE输入改为0（即读参数模式），将DATA_ADDR中写入40322（即加速时间的寄存器号），然后REQ使用脉冲沿来发送一个读请求。此时，可以接收到参数P1120中的数据位1000（即加速时间为10s）。

图4-3

然后进行写参数：将MODE输入改为1（即写参数模式），将DATA_ADDR中写入40322（即加速时间的寄存器号），在DATA_PTR中写入500，然后REQ使用脉冲沿来发送一个写请求。此时，已经将500写入了参数P1120之中，加速时间改为5s。

图4-4

控制单元中的 Modbus 寄存器和对应的参数如下表所示：

表4-1 Modbus 寄存器和对应的参数

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