西門子EMAR04模塊
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6ES7288-3AR04-0AA0
SIMATIC S7-200SMART, ANALOG INPUT SM AR04 RTD, 4 X AI RTD MODULE
SIEMENS西門子希殿電氣技術(shù)有限公司
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1. 概述
2.1 STEP7 V5.4 SP4
2.2 CP PTP Param V5.1 SP11
2.3 CP PTP Modbus Slave V3.1 SP7
2.4 STEP7 Micro/WIN V4.0 SP6
2.5 Toolbox_V32-STEP 7-Micro WIN 32 Instruction Library
3.1 硬件列表
表1 硬件設(shè)備
3.2 硬件接線
3.2.1 接口定義
3.2.2 接線示意圖
4.1 S7-200做Modbus主站的設(shè)置
4.1.1 Modbus RTU主站庫
使用Modbus 主站指令庫時(shí)需要注意的幾點(diǎn)：
表2需要從站支持的功能
4.1.2 S7-200 Modbus主站編程
圖中各參數(shù)含義如下
表3
調(diào)用 Modbus RTU 主站讀寫子程序MBUS_MSG，發(fā)送一個(gè)Modbus 請(qǐng)求。
圖中各參數(shù)含義如下
表4
從上圖中可見，S7-200作為Modbus RTU主站，波特率9.6Kb/s，偶校驗(yàn)，連接從站的站地址是3，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)為VB2000開始的區(qū)域。
4.2 CP341 做Modbus 從站的硬件組態(tài)
4.2.1 硬件組態(tài)
4.2.2 設(shè)置Modbus參數(shù)
按照上述操作設(shè)置參數(shù)，從上圖可以看出，本例中的傳輸波特率9.6Kb/s，1位起始位，8位數(shù)據(jù)位，偶校驗(yàn)位，1位停止位，從站站地址是3，主從通訊設(shè)備的字符幀格式和波特率等參數(shù)設(shè)置需要一致。
RS422/485接口只能一個(gè)有效，接口的選擇只需要組態(tài)而不需要在硬件上短接。
4.2.3 Modbus驅(qū)動(dòng)的下載
4.2.4 CP341做Modbus從站的編程
OB1中調(diào)用FB80編程如下：
CP卡初始化正常后，CP_START，CP_START_FM和CP_START_OK為1信號(hào)，否則CP_START_ERROR為1，同時(shí)可以從ERROR_NR察看錯(cuò)誤信息，也可以在硬件組態(tài)中在線后的CP341的診斷緩沖區(qū)察看詳細(xì)的錯(cuò)誤信息，錯(cuò)誤信息對(duì)照和處理方式可以參考
FB80的各參數(shù)含義如下
表5
5.1 FC01/05/15功能碼
FC01、FC05、FC15對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)區(qū)為位輸出，數(shù)據(jù)的傳遞以位為單位，可以讀寫操作，用戶地址區(qū)為0xxxx，Modbus地址在信息傳遞中從0開始。如上圖，左邊為信息傳遞地址（地址區(qū)不能沖突），右邊對(duì)應(yīng)的是S7-300的數(shù)據(jù)區(qū)。例如左邊信息傳遞地址從0 ~ 7對(duì)應(yīng)用戶地址區(qū)為00001 ~ 00008，對(duì)應(yīng)S7-300的M10.0 ~ M10.7，并且以此為例說明FC01功能碼的通訊。
S7-200主站，用功能碼FC01讀取從站8點(diǎn)數(shù)字量輸出，接收的數(shù)據(jù)存放在VB2000開始的區(qū)域，測(cè)試截圖結(jié)果如下。
5.2 FC02功能碼
FC02對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)區(qū)為位輸出，數(shù)據(jù)的傳遞以位為單位，只讀操作，用戶地址區(qū)為1xxxx，Modbus地址在信息傳遞中從0開始，如上圖，左邊為信息傳遞地址（地址區(qū)不能沖突），右邊對(duì)應(yīng)的是S7-300的數(shù)據(jù)區(qū)。例如左邊信息傳遞地址從0 ~ 7對(duì)應(yīng)用戶地址區(qū)為10001 ~ 10008，對(duì)應(yīng)S7-300的M20.0 ~ M20.7，并且以此為例說明FC02功能碼的通訊。
S7-200主站，用功能碼FC02讀取從站8點(diǎn)數(shù)字量輸入，接收的數(shù)據(jù)存放在VB2000開始的區(qū)域，測(cè)試截圖結(jié)果如下。
5.3 FC03/06/16 功能碼
FC03/06/16 對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)區(qū)為寄存器，數(shù)據(jù)的傳遞以字為單位，可以讀寫操作，用戶地址區(qū)為4xxxx，Modbus地址在信息傳遞中從0開始。如上圖，左邊為信息傳遞地址，右邊對(duì)應(yīng)的是S7-300的數(shù)據(jù)區(qū)，左邊傳輸?shù)刂凡豢筛?，右邊只?duì)應(yīng)一個(gè)數(shù)據(jù)區(qū)。例如用戶地址
S7-200主站，用功能碼FC03讀取從站4個(gè)字寄存器，接收的數(shù)據(jù)存放在VB2000開始的區(qū)域，測(cè)試截圖結(jié)果如下。
FC04對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)區(qū)為寄存器輸入，數(shù)據(jù)的傳遞也以字為單位，只讀操作，用戶地址區(qū)3xxxx，Modbus地址在信息傳送中從0開始。如上圖，左邊為信息傳遞地址，右邊對(duì)應(yīng)的是S7-300的數(shù)據(jù)區(qū)，左邊傳輸?shù)刂凡豢筛?，右邊只?duì)應(yīng)一個(gè)數(shù)據(jù)區(qū)。例如用戶地址區(qū)為30001 ~ 30004，對(duì)應(yīng)S7-300數(shù)據(jù)區(qū)為DB1.DBW0 ~ DB1.DBW6，并且以此為例說明FC04功能碼的通訊。
S7-200主站，用功能碼FC04讀取從站4個(gè)字輸入寄存器，接收的數(shù)據(jù)存放在VB2000開始的區(qū)域，測(cè)試截圖結(jié)果如下。
5.5 Limits 欄
對(duì)于寫功能碼FC05、06、15、16，可以禁用或限制訪問相關(guān)S7-300存儲(chǔ)區(qū)，即使用這些功能碼時(shí)，S7-300存儲(chǔ)區(qū)需要在設(shè)定的最小和最大的范圍之間，如果訪問的區(qū)域超出這個(gè)范圍，則訪問會(huì)被拒絕，同時(shí)輸出報(bào)錯(cuò)誤信息。
1. 概述
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如果只需要對(duì)V2O變頻器做簡(jiǎn)單的運(yùn)行控制和變量監(jiān)視，那么上述配置中PLC的作用僅為數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)。這種情況下，觸摸屏直接和V20變頻器通訊，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)監(jiān)控功能，而且可以少用一個(gè)PLC，節(jié)省成本。采用西門子的SMART LINE系列觸摸屏能夠?qū)崿F(xiàn)與V20變頻器直接通訊的功能。通訊電纜連接如圖2所示。SMART LINE觸摸屏作為MODBUS主站，V20為從站。
2. 硬件設(shè)備及其安裝
表1 示例主要硬件設(shè)備
硬件安裝步驟如下：
3. V20變頻器參數(shù)設(shè)置
表2 Cn011對(duì)應(yīng)參數(shù)設(shè)置
3）修改MODBUS通訊參數(shù)，其它參數(shù)為Cn011連接宏默認(rèn)參數(shù)：
4. 觸摸屏組態(tài)
選擇觸摸屏設(shè)備為Smart 1000 IE，如圖4所示。
2）設(shè)置連接。
3）添加變量。
表3 變量列表
變量地址參照V20變頻器操作手冊(cè)，添加完成后的變量畫面如圖6所示。
速度設(shè)定值變量SetPoint是由-16384(-4000H)到+16384(+4000H)來表示-50Hz到+50Hz的轉(zhuǎn)速，此處采用變量的線性轉(zhuǎn)換屬性，將-16384對(duì)應(yīng)-1500，+16384對(duì)應(yīng)+1500，如圖7所示。再采用變量的限制值屬性，將變量的輸入值限制在-1600和+1600之間，如果超出該限制值的范圍，則輸入不起作用。如圖8所示。
速度反饋值變量Feedback也是由-16384(-4000H)到+16384(+4000H)來表示-50Hz到+50Hz的轉(zhuǎn)速，此處也采用變量的線性轉(zhuǎn)換屬性，將-16384對(duì)應(yīng)-1500，+16384對(duì)應(yīng)+1500，如圖9所示。注意，圖9和圖7所示的線性轉(zhuǎn)換是一致的。
4）添加畫面。
5）編輯模板。
然后在按鈕的事件屬性中添加函數(shù)。在按鈕STOP RT事件屬性的單擊事件下添加StopRuntime函數(shù)，如圖12所示。
6）編輯畫面。
給10個(gè)IO域分別連接10個(gè)變量。
其中控制字1和狀態(tài)字1采用16進(jìn)制顯示，控制字1類型模式為輸入/輸出，狀態(tài)字1類型模式為輸出，如圖14所示。
轉(zhuǎn)速設(shè)定、實(shí)際轉(zhuǎn)速、輸出電壓、直流電壓采用帶符號(hào)整數(shù)顯示，轉(zhuǎn)速設(shè)定類型模式為輸入/輸出，其它三個(gè)變量類型模式為輸出，如圖15所示。
輸出頻率、輸出電流、輸出轉(zhuǎn)矩、輸出功率采用帶符號(hào)整數(shù)顯示，并移動(dòng)小數(shù)點(diǎn)2位，類型模式為輸出，如圖16所示。此處移動(dòng)小數(shù)點(diǎn)2位的作用是將通訊接收到的值除以100并顯示在觸摸屏上，這樣做的理由是V20變頻器在發(fā)送這些值時(shí)將實(shí)際值乘了100。
除了用IO域來顯示實(shí)際轉(zhuǎn)速的數(shù)值外，還采用棒圖這種圖形化的形式來顯示實(shí)際轉(zhuǎn)速，編輯完成的棒圖外觀如圖17所示。
設(shè)置棒圖的常規(guī)屬性，其中連接變量為Feedback，最大值設(shè)為2000，最小值設(shè)為-2000，如圖18所示。
設(shè)置棒圖的外觀，如圖19所示。
設(shè)置棒圖刻度，如圖20所示。
運(yùn)行指示燈用來指示變頻器是否處于運(yùn)行狀態(tài)，連接變量為StsWord1的第2位，運(yùn)行時(shí)顯示綠色，非運(yùn)行時(shí)顯示白色。其外觀動(dòng)畫設(shè)置如圖21所示。
反轉(zhuǎn)指示燈用來指示變頻器是否處于反轉(zhuǎn)狀態(tài)，連接變量為StsWord1的第14位，反轉(zhuǎn)時(shí)顯示綠色，非反轉(zhuǎn)時(shí)顯示白色。其外觀動(dòng)畫設(shè)置如圖22所示。
故障指示燈用來指示變頻器是否處于故障狀態(tài)，連接變量為StsWord1的第3位，故障時(shí)顯示紅色，非故障時(shí)顯示綠色。其外觀動(dòng)畫設(shè)置如圖23所示。
接著設(shè)置4個(gè)按鈕的功能，此處在按鈕的單擊事件下添加不同的函數(shù)來實(shí)現(xiàn)不同的功能。
停止按鈕：添加ResetBitInTag函數(shù)，變量為CtrlWord1，位為0，如圖25所示。每次按下停止按鈕，控制字1的第0位將被復(fù)位為0，觸摸屏將發(fā)送047E給V20變頻器，實(shí)現(xiàn)OFF1停車功能。
反向按鈕：添加InvertBitInTag函數(shù)，變量為CtrlWord1，位為11，如圖26所示。每次按下反向按鈕，控制字1的第11位將做非運(yùn)算，觸摸屏將相應(yīng)的正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)指令發(fā)送給V20變頻器，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向反向功能。
故障確認(rèn)按鈕：添加SetBitInTag函數(shù)，變量為CtrlWord1，位為7。再添加ResetBitInTag函數(shù)，變量仍為CtrlWord1，位為7，如圖27所示。每次按下故障確認(rèn)按鈕，觸摸屏將先發(fā)送1狀態(tài)的故障確認(rèn)位，再發(fā)送0狀態(tài)的故障確認(rèn)位給V20變頻器，給故障確認(rèn)位一個(gè)上升沿，實(shí)現(xiàn)故障確認(rèn)功能。
5. 系統(tǒng)運(yùn)行效果
電源模塊
同步模塊、2根同步電纜，以及4個(gè)備用電池(PS407 10A)
同步模塊、2根同步電纜，以及4個(gè)備用電池(PS405 10A)
在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用中，很多儀表和設(shè)備僅支持Modbus RTU的通訊協(xié)議，第三方儀表可以做Modbus主站或從站，西門子的通訊模塊CP341 / CP441-2 通過Dongle（硬件狗）可以擴(kuò)展該協(xié)議，S7-200 集成的口可以支持自由口通訊，通過指令庫也可以方便的實(shí)現(xiàn)Modbus RTU通訊。本文以S7-200作為Modbus 主站，CP341作為Modbus 從站，實(shí)現(xiàn)Modbus RTU通訊，闡述兩者在通訊方面的設(shè)置和注意事項(xiàng)。
2. 軟件環(huán)境
用于編寫 S7-300/400程序，此軟件需要從西門子購買，本文檔中的300的程序是使用Step7 V5.4 SP4的軟件編寫。
串行通訊模板的驅(qū)動(dòng)程序，安裝此驅(qū)動(dòng)后才能對(duì)PtP模板進(jìn)行參數(shù)配置，并在Step7中集成通訊編程需要使用的功能塊。此驅(qū)動(dòng)隨購買模板一起提供，也可以從以下的鏈接下載：27013524
CP341或CP441-2用于Modbus從站時(shí)，需要安裝此驅(qū)動(dòng)協(xié)議，但安裝之前必須先安裝PtP Driver，此驅(qū)動(dòng)可以在購買Modbus Dongle時(shí)選擇購買，也可以從以下的鏈接下載：27774276
用于S7-200編程的軟件，本文檔中的200的程序是使用Step7 Micro/win 的軟件編寫。此軟件可以從西門子下載中心免費(fèi)下載，也可以從以下的鏈接下載。
http://www.ad.siemens.com.cn/download 網(wǎng)站 自動(dòng)化系統(tǒng)>>S7-200>>軟件，文檔編號(hào)S0002。
S7-200實(shí)現(xiàn)Modbus RTU功能，可以使用Modbus的指令庫，要使用西門子的標(biāo)準(zhǔn)指令庫，必須先安裝指令庫的軟件包 Instruction Library，安裝后，可以在Step 7-Micro/WIN軟件的庫中找到Modbus相關(guān)的指令，該軟件包可以從以下的鏈接下載。http://www.ad.siemens.com.cn/download 網(wǎng)站 自動(dòng)化系統(tǒng)>>S7-200>>軟件，文檔編號(hào)S0010。
3. 硬件列表和接線
S7-300從站
CPU315-2DP
6ES7 315-2AG10-0AB0
CP341 RS422/485
6ES7 341-1CH01-0AE0
Dongle
6ES7 870-1AB01-0YA0
PC 適配器（USB）
6ES7 972-0CB20-0XA0
S7-200主站
CPU 224XP
6ES7 214-2BD23-0XB0
S7-200的通訊口為RS485物理口（9針口），CP341是RS422/485的接口類型（15針口），兩種設(shè)備的接口引腳的示意圖如下所示，更詳細(xì)的信息可以參考CP341及S7-200通信接口的手冊(cè)。
圖1 S7-200 CPU通信口引腳定義
圖2 S7-300 CP341 RS422/485 通訊口引腳定義
圖3 硬件結(jié)構(gòu)和接線示意圖
4. 組態(tài)設(shè)置和編程
S7-200 CPU上的通信口在電氣上是標(biāo)準(zhǔn)的RS-485半雙工串行通信口，此串行字符通信的格式：1個(gè)起始位；7/8位數(shù)據(jù)位；1位奇/偶/無校驗(yàn)；1停止位。通信波特率可以設(shè)置為1200、2400、4800、9600、19200、38400、57600或112500，符合這些格式的串行通訊設(shè)備可以和S7-200進(jìn)行自由口通訊，Modbus RTU指令庫就是使用自由口編程實(shí)現(xiàn)的。
圖4 庫存儲(chǔ)區(qū)設(shè)置
Modbus 地址
讀 / 寫
Modbus 從站須支持的功能
00001~09999
讀
功能1：讀輸出點(diǎn)
數(shù)字量輸出
寫
功能5：寫單個(gè)輸出點(diǎn)
功能15：寫多個(gè)輸出點(diǎn)
10001~19999
讀
功能2：讀輸入點(diǎn)
數(shù)字量輸入
30001~39999
讀
功能4：讀輸入寄存器
輸入寄存器
40001~49999
讀
功能3：讀保持寄存器
保持寄存器
寫
功能6：寫單個(gè)寄存器
功能16：寫多個(gè)寄存器
編程時(shí)，使用SM0.0調(diào)用MBUS_CTRL完成主站的參數(shù)初始化，詳細(xì)見下表，參數(shù)的說明也可以從子程序的局部變量表中找到。
圖5 Modbus RTU 主站初始化
編號(hào)
符號(hào)/含義
說 明
a
EN / 使能
必須保證每一掃描周期都被使能（使用SM0.0）。
b
Mode / 模式
為1時(shí)使能為Modbus協(xié)議；為0時(shí)恢復(fù)為PPI協(xié)議。
c
Baud / 波特率
支持的通訊波特率為1200，2400，4800，9600，19200，38400，57600，115200。
d
Parity / 校驗(yàn)
校驗(yàn)方式選擇：0＝無校驗(yàn)；1＝奇校驗(yàn)，2＝偶校驗(yàn)。
e
Timeout / 超時(shí)
主站等待從站響應(yīng)的時(shí)間，以毫秒為單位，典型的設(shè)置值為 1000毫秒，允許設(shè)置的范圍為1-32767。這個(gè)值必須設(shè)置足夠大以保證從站有時(shí)間響應(yīng)。
f
Done / 完成位
初始化完成，此位會(huì)自動(dòng)置1。
g
Error / 錯(cuò)誤位
初始化錯(cuò)誤代碼。
圖6 調(diào)用Modbus RTU 主站讀寫子程序
編號(hào)
符號(hào)/含義
說 明
a
EN / 使能
同一時(shí)刻只能有一個(gè)讀寫功能使能。
b
First / 讀寫請(qǐng)求位
每一個(gè)新的讀寫請(qǐng)求必須使用脈沖觸發(fā)。
c
Slave / 從站地址
可選擇的范圍1–247。
d
RW / 讀寫操作位
0＝讀， 1＝寫。
e
Addr / 讀寫從站的數(shù)據(jù)地址
選擇讀寫的數(shù)據(jù)類型：
00001 至 0xxxx - 開關(guān)量輸出
10001 至 1xxxx - 開關(guān)量輸入
30001 至 3xxxx - 模擬量輸入
40001 至 4xxxx - 保持寄存器。
f
Count / 數(shù)據(jù)的個(gè)數(shù)
通訊的數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)（位或字的個(gè)數(shù)）。
g
DaptPtr / 數(shù)據(jù)指針
如果是讀指令，讀回的數(shù)據(jù)放到這個(gè)數(shù)據(jù)區(qū)中；
如果是寫指令，要寫出的數(shù)據(jù)放到這個(gè)數(shù)據(jù)區(qū)中。
h
Done / 完成位
讀寫功能完成位。
i
Error / 錯(cuò)誤代碼
只有在Done位為1時(shí)，錯(cuò)誤代碼才有效。
圖7 S7-300側(cè)硬件組態(tài)
圖8 消息楨字符結(jié)構(gòu)
圖9 RS422/485 接口組態(tài)
當(dāng)配置好Modbus通信的參數(shù)后，保存前需要向CP341下載Modbus Slave的驅(qū)動(dòng)，一旦下載完成后無需再次下載。
需要注意的是，在下載驅(qū)動(dòng)時(shí)（可以在無Dongle情況下下載），需要將CPU停機(jī)，然后下載，操作過程如下所示。
圖10 下載Dongle時(shí)，需要CPU停機(jī)
圖11 從站驅(qū)動(dòng)下載后結(jié)果
從Step7 軟件下的EXAMPLE目錄中，找到項(xiàng)目名“zXX21_05_PtP_Com_MODSL”的項(xiàng)目，打開，然后將Modbus通訊模塊FB80傳遞到用戶項(xiàng)目中，打開路徑如下所示。
圖12 Modbus Slave 例程打開路徑
圖13 FB80程序塊調(diào)用
《S7-300以用于PtP CP Modbus 協(xié)議RTU格式S7的可裝載驅(qū)動(dòng)程序?yàn)閺恼尽返氖謨?cè)。
LADDR
硬件組態(tài)中CP341的起始邏輯地址，本例中為256
START_TIMER
初始化超時(shí)定時(shí)器，本例中為T120
START_TIME
初始化定時(shí)器時(shí)間，本例中為5S
OB_MASK
I/O訪問錯(cuò)誤屏蔽位，本例中為True（I/O訪問錯(cuò)誤已屏蔽）
CP_START
FB初始化使能位，本例中為M0.0
CP_START_FM
CP_START 初始化的上升沿位，本例中為M0.1
CP_NDR
從CP卡寫操作位，本例中為m0.2
CP_START_OK
初始化完成且無錯(cuò)誤，本例中為M0.3
CP_START_ERROR
初始化完成，但有錯(cuò)誤，本例中為M0.4
ERROR_NR
錯(cuò)誤號(hào)，本例中為MW2
ERROR_INFO
錯(cuò)誤信息，本例中為MW4
5. 通訊測(cè)試
Modbus RTU格式通信協(xié)議是以主從的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)?，在傳輸?shù)倪^程中主站是主動(dòng)方，即主站發(fā)送數(shù)據(jù)請(qǐng)求報(bào)文到從站，從站返回響應(yīng)報(bào)文。Modbus 系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)交換是通過功能碼來控制的，以下對(duì)現(xiàn)場(chǎng)常用的功能碼進(jìn)行分類測(cè)試，關(guān)于功能碼的詳細(xì)信息請(qǐng)參考手冊(cè)。
CP341從站的通訊區(qū)域配置
圖14 FC01/05/15 參數(shù)組態(tài)界面
S7-200主站程序調(diào)用
圖15 功能碼FC01使用
圖16 FC01功能碼數(shù)據(jù)交換
CP341從站的通訊區(qū)域配置
圖17 FC02 參數(shù)組態(tài)界面
S7-200主站程序調(diào)用
圖18 功能碼FC02使用
圖19 FC02功能碼數(shù)據(jù)交換
CP341從站的通訊區(qū)域配置
圖20 FC03/06/16參數(shù)組態(tài)界面
區(qū)為40001 ~ 40004，對(duì)應(yīng)S7-300數(shù)據(jù)區(qū)為DB1.DBW0 ~ DB1.DBW6，并且以此為例說明
FC03功能碼的通訊。
S7-200主站程序調(diào)用
圖21功能碼FC03使用
圖22 FC03功能碼數(shù)據(jù)交換
5.4 FC04 功能碼
CP341從站的通訊區(qū)域配置
圖23 FC04參數(shù)組態(tài)界面
S7-200主站程序調(diào)用
圖24功能碼FC04使用
圖25 FC04功能碼數(shù)據(jù)交換
圖26 Limits 參數(shù)組態(tài)界面
6. 總結(jié)
本文檔以S7-200為主站和CP341為從站簡(jiǎn)單介紹了Modbus RTU通訊，關(guān)于通訊的組態(tài)設(shè)置，編程以及常用功能碼的使用，其具體的使用可以作為西門子串行通訊模塊與第三方的儀表、設(shè)備等進(jìn)行串行通信的參考。
通常情況下，要實(shí)現(xiàn)HMI設(shè)備與V20變頻器的通訊，需要一個(gè)支持USS通訊或MODBUS通訊的PLC，比如S7-200系列PLC。其通訊電纜連接如圖1所示。PLC的一個(gè)通訊端口與觸摸屏連接，可以采用PPI協(xié)議通訊。PLC的另一個(gè)通訊端口與V20的RS485通訊端口連接，采用MODBUS協(xié)議通訊，PLC上編寫MODBUS主站程序，V20為從站。
圖1 觸摸屏通過PLC與V20變頻器通訊
圖2 觸摸屏直接與V20變頻器通訊
下面用一個(gè)實(shí)例來介紹Smart Line觸摸屏與一臺(tái)V20變頻器通過MODBUS通訊的實(shí)現(xiàn)方法。該例子中用到的主要硬件設(shè)備如表1所示，觸摸屏組態(tài)軟件為WinCC Flexible 2008 SP4 China。
名稱
訂貨號(hào)
數(shù)量
說明
觸摸屏
6AV6648-0BE11-3AX0
1
Smart 1000 IE
24V電源
6EP1332-1SH51
1
DC24V/4A
變頻器
6SL3210-5BE17-5UV0
1
V20 變頻器 0.75kW
電機(jī)
1LA9060-4KA10-Z
1
1LA9 電機(jī) 0.12kW
1）將變頻器、電機(jī)、觸摸屏固定在安裝工位上。
2）連接變頻器到電機(jī)的動(dòng)力電纜和接地電纜。
3）連接供電電源到變頻器的動(dòng)力電纜和接地電纜。
4）連接變頻器和觸摸屏的RS485通訊電纜。觸摸屏RS485的9針接口與 V20端子對(duì)應(yīng)關(guān)系：3對(duì)應(yīng)P+，8對(duì)應(yīng)N-。
5）連接24V直流電源的交流進(jìn)線電纜和到觸摸屏的直流供電電纜。
V20變頻器要采用MODBUS通訊，可以做如下設(shè)置：
1）變頻器恢復(fù)出廠參數(shù)：
P0010=30
P0970=21
2）變頻器快速調(diào)試，選擇Cn011-MODBUS通訊連接宏：
a)設(shè)置電網(wǎng)頻率和功率單位
b)輸入電機(jī)銘牌參數(shù)
c)選擇連接宏Cn011-MODBUS通訊
d)選擇應(yīng)用宏AP000
Cn011連接宏對(duì)應(yīng)參數(shù)如表2所示。
參數(shù)
描述
工廠缺省值
Cn011默認(rèn)值
備注
P0700[0]
選擇命令源
1
5
RS485為命令源
P1000[0]
選擇速度給定
1
5
RS485為速度設(shè)定值
P2023[0]
RS485協(xié)議選擇
1
2
MODBUS RTU協(xié)議
P2010[0]
USS/MODBUS波特率
8
6
波特率為9600bps
P2021[0]
MODBUS地址
1
1
變頻器MODBUS地址為1
P2022[0]
MODBUS應(yīng)答超時(shí)時(shí)間
1000
1000
向主站發(fā)回應(yīng)答的最大時(shí)間
P2014[0]
USS/MODBUS報(bào)文間斷時(shí)間
2000
100
監(jiān)控報(bào)文間斷時(shí)間
P2014[0]=0 不監(jiān)控報(bào)文間隔時(shí)間，否則可能會(huì)報(bào)F72故障
P2021[0]=3 MODBUS設(shè)備地址為3（與觸摸屏組態(tài)軟件中設(shè)置的從站地址一致）
在WinCC Flexible 2008 SP4 China軟件中組態(tài)Smart 1000 IE觸摸屏。詳細(xì)步驟如下：
1）創(chuàng)建項(xiàng)目。
創(chuàng)建一個(gè)空項(xiàng)目，如圖3所示。
圖3 創(chuàng)建空項(xiàng)目
圖4 選擇Smart 1000 IE觸摸屏
在連接畫面中新建一個(gè)連接，相關(guān)參數(shù)設(shè)置如下：
通訊驅(qū)動(dòng)程序：Modicon MODBUS
類型：RS485
波特率：9600
奇偶校驗(yàn)：偶
數(shù)據(jù)位：8
停止位：1
組幀：RTU Standard
CPU類型：984
從站地址：3
連接設(shè)置如圖5所示。
圖5 連接設(shè)置
添加與變頻器監(jiān)控相關(guān)的10個(gè)變量，如表3所示。
變量名
MODBUS寄存器地址
說明
CtrlWord1
40100
控制字1
SetPoint
40101
速度設(shè)定值
StsWord1
40110
狀態(tài)字1
Feedback
40111
速度實(shí)際值
ActFreq
40342
頻率實(shí)際值
OutpVoltage
40343
輸出電壓
DCVol
40344
直流電壓
OutpCurrent
40345
輸出電流
OutpTorque
40346
輸出轉(zhuǎn)矩
OutpPower
40347
輸出功率
圖6 添加變量
圖7 速度設(shè)定值變量線性轉(zhuǎn)換
圖8 速度設(shè)定值變量限制值
圖9 速度反饋值變量線性轉(zhuǎn)換
項(xiàng)目生成時(shí)已經(jīng)有一個(gè)模板和一個(gè)畫面，此例僅用到一個(gè)畫面。修改畫面的名字為V20_Monitor，如圖10所示。
圖10 編輯之前的畫面V20_Monitor
模板中的對(duì)象在選擇使用模板的畫面中會(huì)顯示出來，此處把西門子的LOGO和退出Runtime的按鈕放置在模板中，如圖11所示。
圖11 編輯模板
圖12 退出運(yùn)行畫面按鈕事件設(shè)置
在V20_Monitor畫面中放置IO域、文本域、按鈕、棒圖、圓形等對(duì)象。在文本域中輸入相應(yīng)的文本，設(shè)置字號(hào)、顏色等，將相關(guān)對(duì)象分類排列整齊，完成后的V20_Monitor畫面如圖13所示。
圖13編輯完成的畫面V20_Monitor
圖14 控制字1對(duì)應(yīng)IO域常規(guī)設(shè)置
圖15 實(shí)際轉(zhuǎn)速對(duì)應(yīng)IO域常規(guī)設(shè)置
圖16 輸出電流對(duì)應(yīng)IO域常規(guī)設(shè)置
圖17 編輯完成的棒圖外觀
圖18 棒圖常規(guī)屬性設(shè)置
圖19 棒圖外觀屬性設(shè)置
圖20 棒圖刻度屬性設(shè)置
圖21 運(yùn)行指示及其外觀動(dòng)畫設(shè)置
圖22 反轉(zhuǎn)指示及其外觀動(dòng)畫設(shè)置
圖23 故障指示及其外觀動(dòng)畫設(shè)置
啟動(dòng)按鈕：添加SetValue函數(shù)，變量為CtrlWord1，值為1150（16進(jìn)制047E）。再添加SetBitInTag函數(shù)，變量仍為CtrlWord1，位為0，如圖24所示。每次按下啟動(dòng)按鈕，觸摸屏將先發(fā)送047E，再發(fā)送047F給V20變頻器，實(shí)現(xiàn)啟動(dòng)功能。
圖24 啟動(dòng)按鈕事件設(shè)置
圖25 停止按鈕事件設(shè)置
圖26 反向按鈕事件設(shè)置
圖27 故障確認(rèn)按鈕事件設(shè)置
完成上述步驟之后，下載組態(tài)程序至觸摸屏中。實(shí)際運(yùn)行效果證明：SMART LINE觸摸屏與V20變頻器通訊正常，觸摸屏可以通過四個(gè)按鈕控制變頻器運(yùn)行、停止、反向以及故障確認(rèn)；變頻器相關(guān)變量和狀態(tài)可以在觸摸屏上正確顯示。變頻器運(yùn)行時(shí)觸摸屏顯示畫面如圖28所示。
圖28 變頻器運(yùn)行時(shí)觸摸屏顯示畫面
6ES7 407-0DA02-0AA0 電源模塊(4A)
6ES7 407-0KA02-0AA0 電源模塊(10A)
6ES7 407-0KR02-0AA0 電源模塊(10A)冗余
6ES7 407-0RA02-0AA0 電源模塊(20A)
6ES7 405-0DA02-0AA0 電源模塊(4A)
6ES7 405-0KA02-0AA0 電源模塊(10A)
6ES7 405-0RA01-0AA0 電源模塊(20A)
6ES7 971-0BA00 備用電池
CPU
6ES7 412-3HJ14-0AB0 CPU 412-3H; 512KB程序內(nèi)存/256KB數(shù)據(jù)內(nèi)存
6ES7 414-4HM14-0AB0 CPU 414-4H; 冗余熱備CPU 2.8 MB RAM
6ES7 417-4HT14-0AB0 CPU 417-4H; 冗余熱備CPU 30 MB RAM
6ES7 400-0HR00-4AB0 412H 系統(tǒng)套件包括 2 個(gè)CPU、1個(gè)H型中央機(jī)架、2個(gè)電源、2個(gè)1M 存儲(chǔ)卡、4個(gè)
6ES7 400-0HR50-4AB0 412H 系統(tǒng)套件包括 2 個(gè)CPU、1個(gè)H型中央機(jī)架、2個(gè)電源、2個(gè)1M 存儲(chǔ)卡、4個(gè)
6ES7 412-1XJ05-0AB0 CPU412-1,144KB程序內(nèi)存/144KB數(shù)據(jù)內(nèi)存
6ES7 412-2XJ05-0AB0 CPU412-2,256KB程序內(nèi)存/256KB數(shù)據(jù)內(nèi)存
6ES7 414-2XK05-0AB0 CPU414-2,512KB程序內(nèi)存/512KB數(shù)據(jù)內(nèi)存
6ES7 414-3XM05-0AB0 CPU414-3,1.4M程序內(nèi)存/1.4M數(shù)據(jù)內(nèi)存 1個(gè)IF模板插槽
6ES7 414-3EM05-0AB0 CPU414-3PN/DP 1.4M程序內(nèi)存/1.4M數(shù)據(jù)內(nèi)存 1個(gè)IF模板插槽
6ES7 416-2XN05-0AB0 CPU416-2,2.8M程序內(nèi)存/2.8M數(shù)據(jù)內(nèi)存
6ES7 416-3XR05-0AB0 CPU416-3,5.6M程序內(nèi)存/5.6M數(shù)據(jù)內(nèi)存 1個(gè)IF模板插槽
6ES7 416-3ER05-0AB0 CPU416-3PN/DP 5.6M程序內(nèi)存/5.6M數(shù)據(jù)內(nèi)存 1個(gè)IF模板插槽
6ES7 416-2FN05-0AB0 CPU416F-2,2.8M程序內(nèi)存/2.8M數(shù)據(jù)內(nèi)存
6ES7 416-3FR05-0AB0 CPU416F-3PN/DP,5.6M程序內(nèi)存/5.6M數(shù)據(jù)內(nèi)存
6ES7 417-4XT05-0AB0 CPU417-4,15M程序內(nèi)存/15M數(shù)據(jù)內(nèi)存
內(nèi)存卡
6ES7 955-2AL00-0AA0 2 X 2M字節(jié) RAM
6ES7 955-2AM00-0AA0 2 X 4M字節(jié) RAM
6ES7 952-0AF00-0AA0 64K字節(jié) RAM
6ES7 952-1AH00-0AA0 256K字節(jié) RAM
6ES7 952-1AK00-0AA0 1M字節(jié) RAM
6ES7 952-1AL00-0AA0 2M字節(jié) RAM
6ES7 952-1AM00-0AA0 4M字節(jié) RAM
6ES7 952-1AP00-0AA0 8M字節(jié) RAM
6ES7 952-1AS00-0AA0 16M字節(jié) RAM
6ES7 952-1AY00-0AA0 64M字節(jié) RAM
6ES7 952-0KF00-0AA0 64K字節(jié) FLASH EPROM
6ES7 952-0KH00-0AA0 256K字節(jié) FLASH EPROM
6ES7 952-1KK00-0AA0 1M字節(jié) FLASH EPROM
6ES7 952-1KL00-0AA0 2M字節(jié) FLASH EPROM
6ES7 952-1KM00-0AA0 4M字節(jié) FLASH EPROM
6ES7 952-1KP00-0AA0 8M字節(jié) FLASH EPROM
6ES7 952-1KS00-0AA0 16M字節(jié) FLASH EPROM
6ES7 952-1KT00-0AA0 32M字節(jié) FLASH EPROM
6ES7 952-1KY00-0AA0 64M字節(jié) FLASH EPROM
開關(guān)量輸入模板
6ES7 421-7BH01-0AB0 開關(guān)量輸入模塊(16點(diǎn),24VDC)中斷
6ES7 421-1BL01-0AA0 開關(guān)量輸入模塊(32點(diǎn),24VDC)
6ES7 421-1EL00-0AA0 開關(guān)量輸入模塊(32點(diǎn),120VUC)
6ES7 421-1FH20-0AA0 開關(guān)量輸入模塊(16點(diǎn),120/230VUC)
6ES7 421-7DH00-0AB0 開關(guān)量輸入模塊(16點(diǎn),24V到60VUC)
開關(guān)量輸出模板
6ES7 422-1BH11-0AA0 開關(guān)量輸出模塊(16點(diǎn),24VDC，2A）
6ES7 422-1BL00-0AA0 32點(diǎn)輸出，24VDC,0.5A
6ES7 422-7BL00-0AB0 32點(diǎn)輸出，24VDC,0.5A,中斷
6ES7 422-1FH00-0AA0 16點(diǎn)輸出，120/230VAC，2A
6ES7 422-1HH00-0AA0 16點(diǎn)輸出，繼電器，5A
模擬量模塊
6ES7 431-0HH00-0AB0 16路模擬輸入，13位
6ES7 431-1KF00-0AB0 8路模擬輸入，13位，隔離
6ES7 431-1KF10-0AB0 8路模擬輸入，14位，隔離，線性化
6ES7 431-1KF20-0AB0 8路模擬輸入，14位，隔離
6ES7 431-7QH00-0AB0 16路模擬輸入，16位，隔離
6ES7 431-7KF00-0AB0 8路模擬輸入，16位，隔離，熱電偶
6ES7 431-7KF10-0AB0 8路模擬輸入，16位，隔離，熱電阻
6ES7 432-1HF00-0AB0 8路模擬輸出，13位，隔離
功能模板
6ES7 450-1AP00-0AE0 FM450-1計(jì)數(shù)器模板
6ES7 451-3AL00-0AE0 FM451定位模板
6ES7 452-1AH00-0AE0 FM452電子凸輪控制器
6ES7 453-3AH00-0AE0 FM453定位模板
6ES7 455-0VS00-0AE0 FM455C閉環(huán)控制模塊
6ES7 455-1VS00-0AE0 FM455S閉環(huán)控制模塊
6DD1 607-0AA2 FM 458-1DP快速處理系統(tǒng)
6ES7 953-8LJ20-0AA0 用于FM458-1DP 基本模板 512KByte(MMC)
6ES7 953-8LL20-0AA0 用于FM458-1DP 基本模板 2MByte(MMC)
6ES7 953-8LM20-0AA0 用于FM458-1DP 基本模板 4MByte(MMC)
6DD1 607-0CA1 EXM 438-1 I/O擴(kuò)展模板
6DD1 607-0EA0 EXM 448 通訊擴(kuò)展模板
6DD1 607-0EA2 EXM 448-2 通訊擴(kuò)展模板
6DD1 684-0GE0 SC64連接電纜
6DD1 684-0GD0 SC63連接電纜
6DD1 684-0GC0 SC62連接電纜
6DD1 681-0AE2 SB10端子模塊
6DD1 681-0AF4 SB60端子模塊
6DD1 681-0EB3 SB61端子模塊
6DD1 681-0AG2 SB70端子模塊
6DD1 681-0DH1 SB71端子模塊
6DD1 681-0AJ1 SU12端子模塊
6DD1 681-0GK0 SU13端子模塊
通訊模板
6ES7 440-1CS00-0YE0 CP440通訊處理器
6ES7 441-1AA04-0AE0 CP441-1通訊處理器
6ES7 441-2AA04-0AE0 CP441-2通訊處理器
6ES7 963-1AA00-0AA0 RS232C接口模板
6ES7 963-2AA00-0AA0 20mA接口模板
6ES7 963-3AA00-0AA0 RS422/485接口模板
6ES7 870-1AA01-0YA0 可裝載驅(qū)動(dòng) MODBUS RTU 主站
6ES7 870-1AB01-0YA0 可裝載驅(qū)動(dòng) MODBUS RTU 從站
6GK7 443-5FX02-0XE0 CP443-5基本型通訊處理器,支持Profibus-Fms協(xié)議
6GK7 443-5DX04-0XE0 CP443-5擴(kuò)展型通訊處理器,支持Profibus-DP協(xié)議
6GK7 443-1EX11-0XE0 CP443-1 以太網(wǎng)通訊處理器
6GK7 443-1EX41-0XE0 CP443-1 高級(jí)以太網(wǎng)通訊處理器
附件
6ES7 960-1AA04-0XA0 冗余系統(tǒng)同步模板（新）近距離同步（10米以內(nèi)）
6ES7 960-1AB04-0XA0 冗余系統(tǒng)同步模板（新）遠(yuǎn)程同步模板（10米到10公里，用同長(zhǎng)度的光纜）
6ES7 960-1AA04-5AA0 冗余系統(tǒng)光纖連接電纜（1米）（新）
6ES7 960-1AA04-5BA0 冗余系統(tǒng)光纖連接電纜（2米）（新）
6ES7 960-1AA04-5KA0 冗余系統(tǒng)光纖連接電纜（10米）（新）
6ES7 833-1CC01-0YA5 S7F系統(tǒng)可選軟件包
6ES7 833-1CC00-6YX0 F運(yùn)行授權(quán)
6ES7 197-1LA03-0XA0 Y-LINK
6ES7 492-1AL00-0AA0 前連接器
6ES7 400-1TA01-0AA0 主板(18槽)
6ES7 400-1JA01-0AA0 主板(9槽)
6ES7 400-1TA11-0AA0 主板(18槽)鋁板
6ES7 400-1JA11-0AA0 主板(9槽)鋁板
6ES7 401-2TA01-0AA0 CR2主板（18槽）
6ES7 400-2JA00-0AA0 UR2-H主板（18槽）
6ES7 400-2JA10-0AA0 UR2-H主板（18槽）鋁板
6ES7 403-1TA01-0AA0 ER1機(jī)架（18槽）
6ES7 403-1JA01-0AA0 ER2機(jī)架（9槽）
6ES7 403-1TA11-0AA0 ER1機(jī)架（18槽）鋁板
6ES7 403-1JA11-0AA0 ER2機(jī)架（9槽）鋁板
6ES7 460-0AA01-0AB0 IM460-0
