項(xiàng)目7

任務(wù)19S7-200SMARTPLC的串口通信任務(wù)描述任務(wù)19S7-200SMARTPLC的串口通信S7-200SMARTPLC與V20變頻器進(jìn)行Modbus-RTU通信，PLC通過V20變頻器控制三相異步電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)及指定頻率運(yùn)轉(zhuǎn)控制。

ModbusRTU電機(jī)控制系統(tǒng)示意圖1)熟悉V20變頻器的端子資源等基本情況及對電機(jī)的控制方式。2)熟悉西門子S7-200SMARTPLC串口通信的方式及其硬件通信介質(zhì)。3)熟練掌握Modbus通信協(xié)議及ModbusRTU通信方式。4)熟悉PLC的中斷機(jī)制。任務(wù)目標(biāo)任務(wù)19S7-200SMARTPLC的串口通信基礎(chǔ)知識1Modbus通信協(xié)議Modbus是一種串行通信協(xié)議，是莫迪康Modicon公司（后被施耐德電氣SchneiderElectric收購）于1979年為使用可編程邏輯控制器（PLC）通信而發(fā)表。因?yàn)槭荕odicon公司設(shè)計(jì)的，因此被稱為Modbus。Modbus目前已經(jīng)成為工業(yè)領(lǐng)域通信協(xié)議的業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)，并且現(xiàn)在是工業(yè)電子設(shè)備之間常用的連接方式。Modbus允許多個(gè)設(shè)備連接在同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行通信，在數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)（SCADA）中，Modbus通常用來連接監(jiān)控計(jì)算機(jī)和遠(yuǎn)程終端控制系統(tǒng)（RTU）?；A(chǔ)知識1Modbus通信協(xié)議（1）Modbus通信協(xié)議版本Modbus是公開通信協(xié)議，大多數(shù)Modbus設(shè)備通信通過串口EIA-485物理層進(jìn)行。Modbus具有兩種串行傳輸模式，ASCII和RTU，通信雙方必須同時(shí)支持上述模式中的一種。①M(fèi)odbusRTU是一種緊湊的，采用二進(jìn)制表示數(shù)據(jù)的方式，RTU格式后續(xù)的命令/數(shù)據(jù)帶有循環(huán)冗余校驗(yàn)的校驗(yàn)和。②ModbusASCII是一種人類可讀的，冗長的表示方式。Modbus有一個(gè)擴(kuò)展版本ModbusPlus（Modbus+或者M(jìn)B+），不過此協(xié)議和Modbus不同，是Modicon專有的。支持Modbus協(xié)議的設(shè)備一般都支持RTU格式。而西門子S7-200SMARTPLC不提供支持ModbusASCII通信模式的的現(xiàn)成指令庫，需要用戶用自由口模式編程?；A(chǔ)知識1Modbus通信協(xié)議（2）Modbus通信的設(shè)備Modbus是一種單主站的主/從通信模式。Modbus網(wǎng)絡(luò)上只能有一個(gè)主站存在，主站在Modbus網(wǎng)絡(luò)上沒有地址，從站的地址范圍為0-247，其中0為廣播地址，從站的實(shí)際地址范圍為1-247。Modbus協(xié)議是一個(gè)master/slave架構(gòu)的協(xié)議。有一個(gè)節(jié)點(diǎn)是master節(jié)點(diǎn)，其他使用Modbus協(xié)議參與通信的節(jié)點(diǎn)是slave節(jié)點(diǎn)。每一個(gè)slave設(shè)備都有一個(gè)唯一的地址?；A(chǔ)知識1Modbus通信協(xié)議（3）Modbus數(shù)據(jù)類型①離散量輸入（DiscretesInput）：1位，只讀②線圈（Coils）：1位，讀寫③輸入寄存器（InputRegisters）：16位，只讀④保持寄存器（HoldingRegisters）：16位，讀寫基礎(chǔ)知識1Modbus通信協(xié)議（4）Modbus數(shù)據(jù)幀格式①地址域：即主站要訪問的從站地址，其范圍0~247。②功能碼：即主站想要對從站進(jìn)行何種操作。③數(shù)據(jù)：如果主站的請求是讀數(shù)據(jù)，那么該“數(shù)據(jù)”要包含的信息有：從哪里開始讀數(shù)據(jù)+讀多少數(shù)據(jù)。如果主站的請求是向從站寫數(shù)據(jù)，那么該“數(shù)據(jù)”要包含的信息有：從哪里開始寫數(shù)據(jù)+寫多少個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)+要寫的具體數(shù)據(jù)。④差錯(cuò)校驗(yàn)：為了保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性，Modbus協(xié)議會在數(shù)據(jù)幀最后面加上兩個(gè)字節(jié)的差錯(cuò)校驗(yàn)。一幀MODBUS數(shù)據(jù)示意圖基礎(chǔ)知識1Modbus通信協(xié)議（4）Modbus數(shù)據(jù)幀格式實(shí)際最常用的是公共功能碼中的4個(gè)功能碼：0x03/0x04/0x06/0x10。0x03：讀多個(gè)保持寄存器0x04：讀輸入寄存器0x06：寫單個(gè)保持寄存器0x10：寫多個(gè)保持寄存器Modbus功能碼，是寫在主機(jī)請求數(shù)據(jù)幀中的，決定主機(jī)進(jìn)行讀還是寫操作，是讀線圈、離散量還是寄存器，是寫單個(gè)寄存器還是多個(gè)寄存器等等，決定主機(jī)請求什么類型的數(shù)據(jù)。主要包括3類功能碼：公共功能碼、用戶定義功能碼和保留功能碼?；A(chǔ)知識2中斷S7-200SMART系列PLC最多有38個(gè)中斷源(9個(gè)預(yù)留)，分為三大類：通信中斷、輸入/輸出（I/O）中斷和時(shí)基中斷，優(yōu)先由高到低依次是：通信中斷、I/O中斷和時(shí)基中斷。特點(diǎn)：--只有把中斷服務(wù)程序標(biāo)號與中斷事件聯(lián)系起來，并且開放系統(tǒng)中斷后才能進(jìn)入等待中斷并隨時(shí)執(zhí)行的狀態(tài)。--多個(gè)中斷事件可以連接同一個(gè)中斷服務(wù)程序；一個(gè)中斷服務(wù)程序只能連接一個(gè)中斷事件。--中斷程序只需與中斷事件連接一次，除非需要重新連接。--中斷事件各有不同的優(yōu)先級別，中斷服務(wù)程序不能再被中斷，如果再有中斷事件發(fā)生，會按照發(fā)生的時(shí)間順序和優(yōu)先級排隊(duì)。--中斷程序應(yīng)短小而簡單，執(zhí)行時(shí)對其他處理不要延時(shí)過長，即越短越好--中斷程序一共可以嵌套4層子程序?；A(chǔ)知識2中斷（1）中斷指令S7-200SMARTPLC的中斷指令有六個(gè)。分別是：ENI、DISI、CRETI、ATCH、DTCH和CEVENT?；A(chǔ)知識2中斷（2）中斷事件及其分類①I/O中斷I/O中斷包括上升/下降沿中斷、高速計(jì)數(shù)器中斷和脈沖串輸出中斷。②通信端口中斷通信端口的這種操作模式稱為自由端口模式。③基于時(shí)間的中斷基于時(shí)間的中斷包括定時(shí)中斷和定時(shí)器T32/T96中斷。循環(huán)時(shí)間位于1ms到255ms之間，按增量為1ms進(jìn)行設(shè)置。必須在定時(shí)中斷0的SMB34和定時(shí)中斷1的SMB35中寫入循環(huán)時(shí)間?；A(chǔ)知識2中斷（3）中斷優(yōu)先級、排隊(duì)如果多個(gè)中斷事件同時(shí)發(fā)生，則優(yōu)先級（組和組內(nèi)）會確定首先處理哪一個(gè)中斷事件。處理了優(yōu)先級最高的中斷事件之后，會檢查隊(duì)列，以查找仍在隊(duì)列中的當(dāng)前優(yōu)先級最高的事件，并會執(zhí)行連接到該事件的中斷例程。會繼續(xù)執(zhí)行這一步驟，直至隊(duì)列為空且控制權(quán)返回到掃描周期?；A(chǔ)知識2中斷（3）中斷優(yōu)先級、排隊(duì)基礎(chǔ)知識2S7-200SMARTPLC的ModbusRTU通信方式（1）S7-200SMARTPLC支持Modbus通信協(xié)議的模式S7-200SMARTCPU上的通訊口0和1（Port0和Port1）通過指令庫支持ModbusRTU主站模式。S7-200SMARTCPU上的通信口0和1（Port0和Port1）通過指令庫支持ModbusRTU從站模式?；A(chǔ)知識2S7-200SMARTPLC的ModbusRTU通信方式（2）ModbusRTU主站使用ModbusRTU主站指令庫，可以讀寫ModbusRTU從站的數(shù)字量、模擬量I/O以及保持寄存器。--ModbusRTU主站指令庫的功能是通過在用戶程序中調(diào)用預(yù)先編好的程序功能塊實(shí)現(xiàn)的，該庫對PLC集成的RS485通訊口和CM01信號板有效。該指令庫將設(shè)置通信口工作在自由口模式下。--ModbusRTU主站指令庫使用了一些用戶中斷功能，編其他程序時(shí)不能在用戶程序中禁止中斷。--ModbusRTU主站指令庫不能同時(shí)應(yīng)用于CPU集成的RS485通訊口和CM01信號板?；A(chǔ)知識2S7-200SMARTPLC的ModbusRTU通信方式（2）ModbusRTU主站①M(fèi)BUS_CTRL指令基礎(chǔ)知識2S7-200SMARTPLC的ModbusRTU通信方式（2）ModbusRTU主站②MBUS_MSG指令基礎(chǔ)知識2S7-200SMARTPLC的ModbusRTU通信方式（2）ModbusRTU主站③在V區(qū)中為ModbusRTU庫指令分配存儲區(qū)ModbusMaster指令庫需要一個(gè)286個(gè)字節(jié)的全局V存儲區(qū)?；A(chǔ)知識2S7-200SMARTPLC的ModbusRTU通信方式（3）ModbusRTU從站S7-200SMARTCPU本體集成通信口（Port0）、可選信號板（Port1）可以支持ModbusRTU協(xié)議，成為ModbusRTU從站。此功能是通過S7-200SMART的自由口通信模式實(shí)現(xiàn)。庫中包括MBUS_INIT和MBUS_SLAVE兩個(gè)子程序?；A(chǔ)知識2S7-200SMARTPLC的ModbusRTU通信方式（3）ModbusRTU從站①M(fèi)BUS_INIT子程序基礎(chǔ)知識2S7-200SMARTPLC的ModbusRTU通信方式（3）ModbusRTU從站②MBUS_SLAVE子程序拓展知識1USS通信（1）USS通信協(xié)議簡介USS協(xié)議基本特點(diǎn)如下：①支持多點(diǎn)通信；②可采用單主站的“主－從”訪問機(jī)制；③一個(gè)網(wǎng)絡(luò)上最多可以有32個(gè)節(jié)點(diǎn)（最多31個(gè)從站）；④簡單可靠的報(bào)文格式，使數(shù)據(jù)傳輸靈活高效；⑤易實(shí)現(xiàn)，成本低。USS的工作機(jī)制：①通信總是由主站發(fā)起，USS主站不斷循環(huán)輪詢各個(gè)從站；②從站根據(jù)收到的指令，決定是否、以及如何響應(yīng)，從站永遠(yuǎn)不會主動(dòng)發(fā)送數(shù)據(jù)；③如果接收到的主站報(bào)文沒有錯(cuò)誤，并且本從站在接收到主站報(bào)文中被尋址這個(gè)條件不滿足，或者主站發(fā)出的是廣播報(bào)文，從站不會做任何響應(yīng)；④對于主站來說，從站必須在接收到主站報(bào)文之后的一定時(shí)間內(nèi)發(fā)回響應(yīng)，否則主站將視為出錯(cuò)。USS(UniversalSerialInterface)是西門子專為驅(qū)動(dòng)裝置開發(fā)的通信協(xié)議，即通用串行通信接口。最初USS用于對驅(qū)動(dòng)裝置進(jìn)行參數(shù)化操作，即更多地面向參數(shù)設(shè)置。在驅(qū)動(dòng)裝置和操作面板、調(diào)試軟件（如DriveES/STARTER）的連接中得到廣泛的應(yīng)用。近來USS因其協(xié)議簡單、硬件要求較低，也越來越多地用于和控制器（如PLC）的通信，實(shí)現(xiàn)一般水平的通信控制。拓展知識1USS通信（1）USS通信協(xié)議簡介--USS報(bào)文幀格式USS協(xié)議報(bào)文由一連串的字符組成--USS字符幀格式USS在串行數(shù)據(jù)總線上的字符傳輸幀為11位長度，具體格式如下表7-14所示。連續(xù)的字符幀組成USS報(bào)文，在一條報(bào)文中，字符幀之間的間隔延時(shí)要小于兩個(gè)字符幀的傳輸時(shí)間（這個(gè)時(shí)間取決于傳輸速率）。拓展知識1USS通信（2）S7-200SMARTUSS通信程序設(shè)計(jì)步驟S7-200SMARTUSS標(biāo)準(zhǔn)指令庫包括USS_INIT、USS_CTRL、USS_RPM_X、USS_WPM_X等指令。調(diào)用這些指令時(shí)會自動(dòng)增加一些子程序和中斷服務(wù)程序。S7-200SMART的USS編程主要包括如下三個(gè)步驟：①調(diào)用USS_INIT初始化指令②調(diào)用USS_CTRL控制指令③調(diào)用USS參數(shù)讀寫指令任務(wù)實(shí)施

1.

輸入/輸出地址分配I/O地址分配表數(shù)字量輸入Modbus通信輸入輸出符

號地

址功

能Modbus地址地

址功

能SB1I0.3啟停40100VW100控制字SB2I0.4正轉(zhuǎn)40101VW200轉(zhuǎn)速設(shè)定值SB3I0.5反轉(zhuǎn)40110VW300狀態(tài)字SB4I0.2測量當(dāng)前轉(zhuǎn)速40111VW400實(shí)際轉(zhuǎn)速

2.繪制PLC接線示意圖任務(wù)實(shí)施

3.V20參數(shù)設(shè)置任務(wù)實(shí)施V20三相異步電動(dòng)機(jī)參數(shù)設(shè)置表設(shè)置連接宏（設(shè)置當(dāng)前宏為Cn011）編程地址備用表V20變頻器常用控制字

3.軟件編程任務(wù)實(shí)施

3.軟件編程任務(wù)實(shí)施

3.軟件編程任務(wù)實(shí)施

3.軟件編程