工控網(wǎng)絡(luò)與組態(tài)技術(shù)-西門子系列PLC與外圍設(shè)備的通信控制實例工控網(wǎng)絡(luò)與組態(tài)技術(shù)-西門子系列任務(wù)1PLC與變頻器的Modbus通信學(xué)習(xí)目標1.掌握匯川MD200系列變頻器的參數(shù)調(diào)節(jié)和實物接線方法；2.掌握Modbus通信的編程方法；3.具備根據(jù)電路圖實施實物接線的能力；4.具備根據(jù)報錯碼排查通信錯誤的能力。5.1.1項目任務(wù)分析控制要求：實現(xiàn)電機帶動工作臺的變速移動，按下正向啟動按鈕SB2，電機向左以15HZ的頻率移動，延時10S后切換為25HZ的頻率移動，按下停止按鈕或移動過程中觸碰到左限位SQ1停止；按下反向啟動按鈕SB1，電機向右以15HZ的頻率移動，延時10S后切換為25HZ的頻率移動，按下停止按鈕或移動過程中觸碰到右限位SQ2停止，電機ModbusRTU通信調(diào)速實物圖如圖所示。5.1.2知識儲備1.變頻器簡介MD200系列緊湊型變頻器是匯川技術(shù)基于小功率、小體積、低成本的市場需求，針對性推出的單相220VAC和三相380VAC迷你變頻器。MD200采用V/F控制方式、無速度傳感器矢量控制方式（SVC），具有高功率密度、高EMC規(guī)格設(shè)計、高防護性能等顯著優(yōu)勢，可用于紡織、造紙、拉絲、機床、包裝、食品、風(fēng)機、水泵及各種自動化生產(chǎn)設(shè)備的驅(qū)動。其產(chǎn)品特性及優(yōu)點總結(jié)如下：①

功率密度設(shè)計合理，有效實現(xiàn)產(chǎn)品體積小型化；②

配合全功率段等體積的書本型結(jié)構(gòu)設(shè)計，支持在較小空間內(nèi)無縫并排安裝；③

高標準EMC設(shè)計，內(nèi)置C3級濾波器，有效降低對外干擾，滿足精準控制需求；④

全封閉外殼+獨立風(fēng)道設(shè)計，更大程度隔絕粉塵，保證電子元器件長期穩(wěn)定運行；⑤

支持Modbus/CanLink總線通信，輕松實現(xiàn)工業(yè)自動化組網(wǎng)；⑥

更大的額定電流設(shè)計，過載電流更大，加速時間更短；⑦

內(nèi)置行業(yè)專業(yè)宏應(yīng)用，支持一鍵設(shè)置行業(yè)參數(shù)。5.1.2知識儲備

變頻器面板及接線功能圖由操作面板和接線端子組成，操作面板帶按鍵，可進行參數(shù)設(shè)置，接線端子排為三層，一層為信號線接點，第二層是供電電源和制動電阻接線，第三層為電機輸出接線點。①

數(shù)字輸入DI1-DI4。多功能輸入端子，低電平有效，有效電平＜5V。DI1-DI3為低速DI，頻率＜100Hz；DI4可作為高速脈沖輸入（最高可支持20kHz頻率）；②24V電源地COM。板內(nèi)24V地，內(nèi)部與GND隔離。③繼電器輸出TA-TC，常開，觸點負載3A-250VAC，3A/30VDC。④

模擬輸入輸出端子。10V：模擬電壓輸出，10V±10%，最大10mA。GND：模擬地，內(nèi)部與COM隔離。AI：模擬單端輸入通道1，（0-10V模擬量電壓輸入）/（0-20mA模擬量電流輸入）輸入，12位分辨率，校正精度0.5%，響應(yīng)時間小于8ms。AO：模擬輸出1，0-10V，校正精度100mV，分辨率10位，校正精度1%。⑤通信端子。485+：RS485通信正信號。485-：RS485通信負信號。半雙工RSS485通信，最高波特率115200，最多可支持64個節(jié)點。CGND：與10V的地公用，在端子分布上CGND與10V的地共用，均為GND。5.1.2知識儲備2.變頻器參數(shù)設(shè)置（1）恢復(fù)出廠設(shè)置設(shè)置參數(shù)FP-01=1，恢復(fù)出廠參數(shù)，不包括電機參數(shù)，注意需要停機更改?；謴?fù)出廠參數(shù)模式變頻器功能參數(shù)大部分恢復(fù)為廠家出廠參數(shù)，但是電機參數(shù)、頻率指令小數(shù)點（F0?22）、故障記錄信息、累計運行時間（F7?09）、累計上電時間（F7?13）、累計耗電量（F7?14）、逆變器模塊散熱器溫度（F7?07）不恢復(fù)。（2）設(shè)置電動機參數(shù)使所控電機銘牌上所標的額定值與對應(yīng)的參數(shù)值相一致，按表5-1-1設(shè)置實驗參數(shù)。參數(shù)號出廠值設(shè)置值單位說明F1-013.70.1Kw電機額定功率F1-02380380V電機額定電壓F1-0390.56A電機額定電流F1-045050Hz電機額定頻率F1-0514601300rpm電機額定轉(zhuǎn)速表5-1-1電動機參數(shù)表5.1.2知識儲備（3）手動參數(shù)設(shè)置1）電機自調(diào)諧F1-37=1，面板顯示RUNE，按下RUN按鈕，等待面板閃爍顯示50.00，調(diào)諧完成；其中，F(xiàn)1-37=1表示異步電動機靜止調(diào)諧，適用于電機與負載很難脫離，且不允許動態(tài)調(diào)諧運行的場合；該調(diào)諧方式僅辨識部分電機參數(shù)，包括F1-06（異步電機定子電阻）、F1-07（異步電機轉(zhuǎn)子電阻）、F1-08（異步電機漏感抗）。2）變頻器操作面板點動。設(shè)定F0-02=0，命令源選擇操作面板命令通道（LED滅）。按下RUN按鈕，電機正常運行到50.00Hz，說明單機調(diào)試正常。按下STOP按鈕，電機停止。5.1.2知識儲備（4）通信設(shè)置1）控制參數(shù)設(shè)置?？刂茀?shù)設(shè)置如下表5-1-2所示。參數(shù)號默認值設(shè)置值單位說明F0-0102-電機控制方式F0-0202-命令源選擇F0-0309-主頻率源選擇F0-1050.00100.00Hz最大頻率F0-1250.0050.00Hz上限頻率F0-170.06.0s加速時間1F0-180.06.0s減速時間1F0-2500-加減速時間基準頻率表5-1-2控制參數(shù)設(shè)置表2）RS-485撥碼說明。對于多個變頻器的集中通信場合，最后一個變頻器的RS485終端電阻需要匹配，撥碼開關(guān)的2，3需要撥至“ON”。具體撥碼方式見下圖。5.1.2知識儲備3）通信參數(shù)設(shè)置。將上位機（如PLC）與變頻器通過串口通信線連接好，將變頻器的通信參數(shù)設(shè)置好，選擇控制參數(shù)F0-02=2，設(shè)置命令源為通信命令通道。設(shè)置通信方式為Modbus通信，其通信參數(shù)設(shè)置如下表5-1-3所示。參數(shù)號默認值設(shè)置值單位說明Fd-0050055-波特率Fd-0100-數(shù)據(jù)格式Fd-0211-本機地址Fd-0322ms應(yīng)答延遲Fd-040.00.0s通信超時時間Fd-0514601-數(shù)據(jù)傳輸格式選擇表5-1-3Modbus通信參數(shù)設(shè)置表5.1.3任務(wù)實施1.

通信拓撲連接

本Modbus通信為串口通信，9針通信插頭的3號引腳與變頻器通信端子485+連接，8號引腳與485-連接，如圖所示。5.1.3任務(wù)實施2.

電氣接線原理PLC控制器采用西門子S7-1200CPU1214CDC/DC/DC，輸入引腳I0.3-I0.4連接限位開關(guān)SQ1-SQ2，I0.6-I1.0連接三個按鈕開關(guān)，PLC的485通信插頭與變頻器通信端子485+、485-連接，變頻器端子L1-L2接AC220V交流電，如圖5-1-7所示。5.1.3任務(wù)實施3.項目組態(tài)Modbus通信的詳細設(shè)置和組態(tài)過程參照項目三任務(wù)3ModbusRTU通信應(yīng)用實例。博途軟件中組態(tài)PLC和通信模塊，添加DB塊，命名為“發(fā)送數(shù)據(jù)區(qū)”，如圖5-1-8所示。新建5個word空間的Modbus通信數(shù)據(jù)區(qū)，其中Modbus[0]用于給變頻器發(fā)送頻率設(shè)定值，Modbus[1]用于給變頻器發(fā)送運行方式設(shè)定值，其余空間可以根據(jù)需要讀取變頻器的運行數(shù)據(jù)等。5.1.3任務(wù)實施PLC程序及注釋請參照教材212-218頁。在此不一一列出……5.1.4運行調(diào)試程序編寫完成后，下載程序并開始運行調(diào)試。首先，點擊正轉(zhuǎn)按鈕，電機開始以15Hz自右向左正向運行，10s后，電機切換到25Hz繼續(xù)向左運行。當按停止開關(guān)或平臺觸碰到左限位時，電機停止。然后，點擊反轉(zhuǎn)按鈕，電機開始以15Hz自左向右反向運行，10s后，電機切換到25Hz繼續(xù)向右運行。當按停止開關(guān)或平臺觸碰到右限位時，電機停止。觸摸屏畫面為輸入輸出參數(shù)顯示畫面。觸摸屏畫面當前顯示的是電機正在以10Hz的低速頻率設(shè)定向右正轉(zhuǎn)運行。當前運行頻率為10Hz，輸出電流為0.29A，輸出電壓為155V。通過狀態(tài)指示燈，顯示左、右限位的當前狀態(tài)和電機的運行方向。通過實驗，驗證了PLC與變頻器的通信啟停動作和通信寫入頻率，并實時讀取變頻器狀態(tài)，整個系統(tǒng)運行平穩(wěn)可靠。1）完成PLC和變頻器的MODBUS通信，變頻器要設(shè)置好控制參數(shù)，如本項目的匯川變頻器F0-02=2，可通過遠程通信輸入控制命令；5.1.5課程總結(jié)2）不同品牌的變頻器的MODBUS通信地址有所不同，可以查看產(chǎn)品說明書，通常需要寫入變頻器數(shù)據(jù)有“啟動”、“停止”、“方向”、“頻率”等，讀取變頻器數(shù)據(jù)有“電壓”、“電流”、“頻率”等；3）編寫MODBUS程序時，要對正反控制方向、控制頻率等做好設(shè)置，如變頻器報錯要根據(jù)錯誤代碼查詢故障并及時排除。本講結(jié)束，謝謝觀看工控網(wǎng)絡(luò)與組態(tài)技術(shù)-西門子系列任務(wù)2PLC與ABB機器人的Profinet通信學(xué)習(xí)目標1.掌握博途加載GSD文件的用法；2.掌握ABB機器人Profinet通信的設(shè)置過程；3.根據(jù)控制要求繪制電氣圖紙及實施實物接線的能力；4.具備通信程序的編程和調(diào)試能力。5.2.1項目任務(wù)分析本任務(wù)通過西門子S7-1200PLC與ABB機器人的ProfinetIO通信控制機器人完成工件的去毛刺動作。根據(jù)工件形狀對ABB機器人進行編程完成軌跡規(guī)劃和速度控制。ABB機器人可以以快慢兩種速度完成去毛刺工作，快速和慢速可通過旋鈕開關(guān)選擇，并通過狀態(tài)指示燈指示當前的速度狀態(tài)。在本項目中，按下綠色按鈕-S0，綠色指示燈P1亮；-S1處于模式1時（S1=0），機器人得電運行，機器人在模式1中慢速去毛刺，-P2黃燈常亮；把-S1扭到模式2（S1=1），機器人在模式2中進行快速去毛刺，-P2黃燈閃爍。下圖5-2-1為控制系統(tǒng)的實物圖。5.2.2知識儲備

西門子博途軟件中沒有ABB機器人控制器這一外部設(shè)備，所以在做項目組態(tài)前需要在博途軟件中加載管理通用站描述文件（GSD文件）。1.Profinet通信的GSD文件獲取方法在RobotStudio軟件的Add-ins下面打開和ABB機器人系統(tǒng)版本一致的Robotware，右擊robotware打開數(shù)據(jù)包文件夾，找到對應(yīng)的安裝路徑C:\ProgramData\ABBIndustrialIT\RoboticsIT\DistributionPackages\ABB.RobotWare-6.08.1040\RobotPackages\RobotWare_RPK_6.08.1040\utility\service\GSDML，復(fù)制對應(yīng)的GSDML文件放到計算機硬盤某個位置。5.2.2知識儲備2.博途中加載GSD文件博途項目中組態(tài)硬件：打開博圖軟件，創(chuàng)建新項目

項目名稱

創(chuàng)建

組態(tài)設(shè)備

添加新設(shè)備

選擇對應(yīng)型號的PLC和訂貨號及版本（型號在西門子PLC正面就可以看到，訂貨號在西門子PLC側(cè)面標示牌上就有，版本選擇對應(yīng)的版本），單擊添加，設(shè)置PLC的IP地址為。單擊“選項”

選擇“管理通用站描述文件(GSD)”

。5.2.2知識儲備源路徑選擇DSD文件保存的路徑，系統(tǒng)會自動查找，勾選GSDML文件，單擊安裝即可，如圖5-2-4所示。安裝完后消息會提示安裝已成功完成，最后單擊關(guān)閉，系統(tǒng)會自動更新硬件目錄。

打開“設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)”選項，在硬件目錄里選擇“其他現(xiàn)場設(shè)備”

ProfinetIO

ABBRobotics

RobotDevice，選擇相應(yīng)的硬件版本。雙擊改版本或拖拽到設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)窗口，如圖5-2-5所示。5.2.2知識儲備將PLC和RobotProfinet通信設(shè)備連接起來，選中Robot通信設(shè)備，在其“屬性”中修改IP地址0，如圖5-2-6所示。修改Profinet設(shè)備名稱為“ABB”，如圖5-2-7所示。5.2.2知識儲備

雙擊Profinet通信設(shè)備，從硬件目錄中選擇DI和DO模塊加入設(shè)備概覽中，此處選擇256Bytes的存儲區(qū)域，并修改它們的I/O地址，此處修改為100-355，這個就是交換數(shù)據(jù)的存儲區(qū)域，如圖5-2-8所示。這兩個存儲區(qū)域為與PLC交換數(shù)據(jù)區(qū)。5.2.3任務(wù)實施1.Profinet通信網(wǎng)口設(shè)置打開Robotstudio，創(chuàng)建一個新的工作站，添加相應(yīng)型號的機器人模型（IRB1410）。添加系統(tǒng)，配置機器人支持Profinet通信的選項。啟動示教器，將機器人打到“手動”狀態(tài)，查看系統(tǒng)信息，“選項”中可以看到已匹配的通信設(shè)置，如圖所示。5.2.3任務(wù)實施在SystemOptions中選擇DefaultLanguage為中文，在IndustrailNetworks中勾選相應(yīng)的通信選項（709-1、888-2或888-3）如圖所示。機器人控制器有多個網(wǎng)口，其中X2是服務(wù)端口，其IP固定為；X3（LAN1）連接了示教器，X7連接了安全板，X9連接了軸計算機。如圖5-2-11所示。機器人需要有888-2或者888-3選項（使用控制器網(wǎng)口），或者840-3選項（使用Anybus網(wǎng)口）才可以進行Profinet通信。Profinet可以連接X6（WAN）口或者X5（LAN3）口，根據(jù)設(shè)置連接，此處舉例連接LAN3口。5.2.3任務(wù)實施選擇“控制面板”

“配置”

“主題”

“Communication”

“IPSetting”

ProfinetNetwork，設(shè)置IP地址和子網(wǎng)掩碼等信息，如圖5-2-12所示，設(shè)置完成重啟系統(tǒng)。注意要與博途端的配置相同，此處IP設(shè)為，子網(wǎng)掩碼設(shè)為，網(wǎng)口選擇LAN3。5.2.3任務(wù)實施2.Profinet通信區(qū)域設(shè)置打開控制面板

配置

主題

I/O

PROFINETInternalDevice

PN_Internal_Device，配置輸入輸出字節(jié)數(shù)，和博途中PLC的設(shè)置一致，256字節(jié)輸入和256字節(jié)輸出。5.2.3任務(wù)實施在配置界面下，進入IndustryNetwork

PROFINET

PROFINETStationName，設(shè)置station名字，這個名字要和PLC端對機器人的station設(shè)置一樣。此處設(shè)為“ABB”。選擇主題

I/O

Signal，配置輸入輸出信號。添加一個16位組輸入信號，命名為“IN100”，一個16位組輸出信號，命名為“OUT100”，兩個數(shù)字量輸出信號“A0”和“A1”。所有配置在重新啟動控制器之后生效。5.2.3任務(wù)實施5.2.3任務(wù)實施打開PLC監(jiān)控表監(jiān)控對應(yīng)的IO數(shù)據(jù)，修改一臺設(shè)備的輸出，看另一臺是否能準確無誤的收到對應(yīng)數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)對照如下表5-2-1所示。序號PLC地址機器人信號1QW100IN100（DI0-DI15）2IW100OUT100(DO0-DO15)3I102.0A04I102.1A1表5-2-1PLC和機器人交換數(shù)據(jù)關(guān)系A(chǔ)BB機器人和PLC的I/O交換數(shù)據(jù)分配表如下表5-2-2所示：序號機器人控制器信號PLC信號I/O口信號含義I/O口信號含義1DI0MotorsonQ100.0I/O交換信號2DI1PPToMainQ100.1I/O交換信號3DI2StartQ100.2I/O交換信號4DI3MotorsoffQ100.3I/O交換信號5DI4StopQ100.4I/O交換信號6DI5Mode_1Q100.5I/O交換信號7DI6Mode_2Q100.6I/O交換信號8A0模式1I102.0I/O交換信號9A1模式2I102.1I/O交換信號10DO0報警燈I100.0

11DO1氣動閥I100.1

12DO2旋轉(zhuǎn)去毛刺電機I100.2

13

I0.1方式選擇S114

I0.2啟動按鈕SB115

I0.3停止按鈕SB216

Q0.4綠燈P117

Q0.5黃燈P2

5.2.3任務(wù)實施本項目中PLC共用到3輸入2輸出，機器人以太網(wǎng)端口與PLC的網(wǎng)口進行通信連接，其電氣原理圖如圖5-2-16所示。5.2.3任務(wù)實施4.程序設(shè)計（1）編寫PLC程序（見表5-2-3）上電后，綠色指示燈亮，機器人在原點準備。通過方式選擇S1選擇快/慢速去毛刺動作，運行相應(yīng)的機器人程序。5.2.3任務(wù)實施（2）ABB機器人程序設(shè)計啟動后，執(zhí)行初始化子程序，根據(jù)IN100_6和IN100_7信號的狀態(tài)執(zhí)行相應(yīng)的子程序。5.2.3任務(wù)實施5.任務(wù)調(diào)試完成電路接線和程序設(shè)計之后，進行任務(wù)調(diào)試。將旋鈕S1旋至0狀態(tài)，按下綠色啟動按鈕SB1，綠燈P1點亮，機器人得電運行，工作于慢速去毛刺狀態(tài)，黃燈P2常亮；將旋鈕S1旋至1狀態(tài)，機器人完成上一個程序后，進入快速去毛刺狀態(tài)，此時P2閃爍。實物調(diào)試圖如圖所示。1）1）西門子博途軟件中沒有ABB機器人控制器這一外部設(shè)備，所以在做項目組態(tài)前需要在博途軟件中加載管理通用站描述GSD文件，可以在Robotware中找到對應(yīng)的GSDML文件；5.2.4課程總結(jié)2）在博途中加載ABB控制器硬件，硬件目錄里選擇“其他現(xiàn)場設(shè)備”

ProfinetIO

ABBRobotics

Rob