西門子PLC通過MODBUS協(xié)議與變頻器通訊

文/常青

科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，帶動了工業(yè)自動化的繁榮，工業(yè)自動化設(shè)備的生產(chǎn)廠商數(shù)量不斷增長，不同類型設(shè)備之間的通訊問題也開始受到技術(shù)人員的關(guān)注。以西門子為例，其名下幾乎所有的自動化產(chǎn)品都可以借助相應(yīng)的PROFIBUS DP或者M(jìn)PI協(xié)議，實現(xiàn)與西門子PLC之間的信息傳遞，具備較好的便利性。但是，若選擇其他品牌的產(chǎn)品，則通信會變得很麻煩，需要增加PLC模塊，配合硬接線來實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，這種方式不僅會導(dǎo)致成本的增大，還會降低系統(tǒng)可靠性。

1 基本通信原理

1.1 MODBUS通信原理

MODBUS本身屬于一種應(yīng)用層協(xié)議，以RS485串口為基準(zhǔn)，經(jīng)過長期的發(fā)展演變，已經(jīng)形成了智能儀表、變頻器、保護(hù)裝置等相關(guān)設(shè)備的通用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，其在實際應(yīng)用中采用的是主從通信模式，主站發(fā)送相應(yīng)的設(shè)備查詢或者設(shè)備控制請求，從站在接收到相應(yīng)的控制字后，會對請求報文做出回應(yīng)，然后將設(shè)備運行狀態(tài)作為應(yīng)答，發(fā)送回主站。在MODBUS協(xié)議中，如果數(shù)據(jù)幀抵達(dá)終端設(shè)備，可以經(jīng)過地址進(jìn)入尋址到的設(shè)備中，去除數(shù)據(jù)幀數(shù)據(jù)抬頭后對其進(jìn)行讀取，然后自動執(zhí)行數(shù)據(jù)請求任務(wù)，并將自己生成的數(shù)據(jù)信息加入到提取到的數(shù)據(jù)中，數(shù)據(jù)幀則返回到發(fā)送者手中，返回的數(shù)據(jù)需要包含終端地址、執(zhí)行命令生成請求、被執(zhí)行命令和相應(yīng)的校驗碼。

1.2 PROFIBUS DP通信原理

PROFIBUS DP在很多時候被用于工業(yè)現(xiàn)場的高速數(shù)據(jù)傳輸，結(jié)合組相應(yīng)的RS-485雙絞線或者光纜，能夠支持9.6Kbit/s到12Mbit/s的數(shù)據(jù)傳輸要求。主站可以依照預(yù)先設(shè)定好的周期，對從站輸入信息進(jìn)行讀取，也可以定期向從站輸出信息，在這個過程中，要求總線循環(huán)時間不能超過主站程序的循環(huán)時間。不僅如此，PROFIBUS DP還可以提供智能設(shè)備運行中所必須的非周期性通信，以此來完成組態(tài)、報警乃至相應(yīng)的診斷處理。

想要實現(xiàn)兩種協(xié)議的彼此鏈接，要求PM-160網(wǎng)關(guān)必須能夠?qū)ODBUS協(xié)議產(chǎn)生的數(shù)據(jù)幀進(jìn)行有效接收，并將存在于數(shù)據(jù)幀內(nèi)部的數(shù)據(jù)在網(wǎng)關(guān)內(nèi)的某個地質(zhì)區(qū)域進(jìn)行映射和存儲，并要PROFIBUS協(xié)議的格式要求，將從MODBUS協(xié)議數(shù)據(jù)幀中解析出的數(shù)據(jù)裝入PROFIBUS DP數(shù)據(jù)幀內(nèi)，然后發(fā)送給PROFIBUS DP主站。在實際運行中，PROFIBUS DP主站發(fā)送的命令會將其數(shù)據(jù)幀轉(zhuǎn)變?yōu)镸ODBUS格式，然后發(fā)送到現(xiàn)場設(shè)備中。

2 現(xiàn)場設(shè)備配置

某鋼鐵企業(yè)廢水處理系統(tǒng)采用的PLC設(shè)備是西門子S7-400系列，編程軟件為STΕP7 V5.5 SP3，系統(tǒng)中設(shè)置有6臺變頻器，均為施耐德ATV212型，有2臺PM-160，可以分別與3臺變頻器進(jìn)行通信。

在現(xiàn)場設(shè)備配置環(huán)節(jié)，應(yīng)該首先下載PM-160的GSD文件，將其安裝到系統(tǒng)中，做好2臺PM-160網(wǎng)關(guān)通訊的配置工作，在配置的過程中，應(yīng)該保證網(wǎng)關(guān)在編程軟件中能夠映射出正確的地址，并依照每一臺變頻器需要讀取以及發(fā)送的命令數(shù)量，確定好需要分配的地址的數(shù)量。結(jié)合實際情況分析，在運作中每臺變頻器需要讀取和寫入的字均為8個，需要進(jìn)行48個字節(jié)的分配，而借助相應(yīng)的STΕP7編程軟件，能夠完成對變頻器的遠(yuǎn)程監(jiān)控。然后，需要對PM-160網(wǎng)關(guān)進(jìn)行設(shè)置，需要先下載PMG-123配置軟件，再結(jié)合組RS232轉(zhuǎn)USB通訊線，將PM-160接入計算機系統(tǒng)中，并于PMG-123軟件中，以需要設(shè)置的三個節(jié)點代表3臺變頻器，做好節(jié)點設(shè)置工作。在MODBUS寄存器設(shè)置環(huán)節(jié)，其本身的起始地址需要進(jìn)行手動分配，也可以借助軟件所具備的“自動映射”功能完成。最后還需要進(jìn)行變頻器的配置，廢水處理系統(tǒng)中使用的變頻器為施耐德ATV212型，能夠支持MODBUS協(xié)議、Lonworks以及BACnet等多種串口協(xié)議。從保證PLC與變頻器之間順利通信的角度，應(yīng)該做好變頻器參數(shù)的修改工作：設(shè)定F829為1，以此來代表MODBUS通訊方式，然后依照網(wǎng)關(guān)的設(shè)置，對通信波特率、奇偶校驗以及MODBUS設(shè)備地址進(jìn)行修改，確保其能夠滿足實際需求。可以設(shè)置CNOD的值為2，利用網(wǎng)絡(luò)通訊完成對于變頻器的啟停控制；設(shè)置FNOD的值為4，借助網(wǎng)絡(luò)通訊對頻率給定進(jìn)行控制。

3 現(xiàn)場設(shè)備調(diào)試

在完成設(shè)備設(shè)置后，還應(yīng)該做好相應(yīng)的調(diào)試工作，這個過程中需要關(guān)注幾個比較關(guān)鍵的問題，一是STΕP7讀取的變頻器電壓、電流以及頻率等都應(yīng)該是額定值的百分比，在結(jié)果顯示環(huán)節(jié)，應(yīng)該將數(shù)據(jù)除以100后，與額定值相乘，設(shè)備狀態(tài)字的讀取以及啟停控制字的發(fā)送應(yīng)該經(jīng)過反轉(zhuǎn)后使用，在PM-160網(wǎng)關(guān)，必須將輸出命令輪詢模式設(shè)定為“逢變輸出”，以此來減少通信量。如果通信缺乏穩(wěn)定性，則需要適當(dāng)增加響應(yīng)和輪詢的等待時間。另外，在數(shù)據(jù)讀取中，應(yīng)該采用慢速掃描模式，數(shù)字的寫入則采用快速掃描模式，，硬件上需要采用2芯電纜，位于最后的變頻器需要撥上終端電阻撥碼。

4 結(jié)語

總而言之，伴隨著工業(yè)化進(jìn)程的加快，其對于自動化提出了更高的要求，設(shè)備多樣習(xí)慣要求技術(shù)人員應(yīng)該推動不同通信協(xié)議的相互結(jié)合，以此來保證數(shù)據(jù)的高效傳輸，在節(jié)約成本和設(shè)備維護(hù)方面同樣有著積極作用，應(yīng)用前景十分廣闊，值得進(jìn)行推廣。