項(xiàng)目7Zigbee無(wú)線通信協(xié)議2025/7/2313:28目錄7.1項(xiàng)目描述 7.2知識(shí)準(zhǔn)備 7.3操作任務(wù)無(wú)線按鈕控制電機(jī)啟停測(cè)試思考題2025/7/2313:287.1項(xiàng)目描述

1.項(xiàng)目目標(biāo)（1）掌握Z(yǔ)igbee協(xié)議的基本原理（2）掌握Z(yǔ)igbee網(wǎng)關(guān)設(shè)備的基本配置（3）掌握PLC通過(guò)Modbus/TCP與網(wǎng)關(guān)設(shè)備的通信（4）通過(guò)無(wú)線按鈕實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的控制7.1項(xiàng)目描述2.實(shí)踐環(huán)境

表7.1實(shí)訓(xùn)平臺(tái)設(shè)備列表軟件環(huán)境：SoMachine編程軟件、VijeoDesignerBasic軟件實(shí)驗(yàn)設(shè)備數(shù)量備注ZBRN11Zigbee網(wǎng)關(guān)，網(wǎng)絡(luò)接入點(diǎn)AP-Modbus/TCP以太網(wǎng)通信ZBRCETH1通信模塊，支持ModbusTCPZB5RTA61Zigbee無(wú)線按鈕，藍(lán)色塑料平頭復(fù)位按鈕頭和發(fā)射器TM241CEC24T1可編程控制器HMIGXU35121GXU觸摸屏ATV320U04M2C1ATV320變頻器,緊湊型,0.37kW7.1項(xiàng)目描述3.項(xiàng)目架構(gòu)及任務(wù)（1）項(xiàng)目架構(gòu)本項(xiàng)目通過(guò)無(wú)線按鈕實(shí)現(xiàn)對(duì)變頻器的控制，項(xiàng)目系統(tǒng)架構(gòu)如圖7.1所示。無(wú)線按鈕通過(guò)Zigbee協(xié)議與網(wǎng)關(guān)通信，網(wǎng)關(guān)再通過(guò)MOodbus/TCP與PLC通信，PLC通過(guò)變頻器控制電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，最終實(shí)現(xiàn)無(wú)線按鈕控制電機(jī)的啟停。7.1項(xiàng)目描述3.項(xiàng)目架構(gòu)及任務(wù)IP地址及網(wǎng)站設(shè)置如下：PLCEthernet接口IP地址設(shè)定為192.168.12.11，子網(wǎng)掩碼255.255.255.0；變頻器Ethernet接口IP地址設(shè)定為192.168.12.12，子網(wǎng)掩碼255.255.255.0；觸摸屏IP地址設(shè)定為192.168.12.10，子網(wǎng)掩碼255.255.255.0；ZBRN1網(wǎng)關(guān)IP地址為192.168.12.13，子網(wǎng)掩碼255.255.255.0。7.1項(xiàng)目描述3.項(xiàng)目架構(gòu)及任務(wù)（2）項(xiàng)目任務(wù)系統(tǒng)實(shí)訓(xùn)分2個(gè)任務(wù)，任務(wù)1為Zigbee網(wǎng)關(guān)配置，主要完成輸入配置、以太網(wǎng)配置及射頻配置等，一方面實(shí)現(xiàn)網(wǎng)關(guān)與無(wú)線按鈕正常配對(duì)，另一方面為與PLC通信做好準(zhǔn)備；任務(wù)2在已完成的PLC及觸摸屏程序基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)PLC與網(wǎng)關(guān)通信，并進(jìn)行調(diào)試，實(shí)現(xiàn)變頻器的控制。2025/7/2313:287.2知識(shí)準(zhǔn)備ZigBee技術(shù)是一種近距離、低復(fù)雜度、低功耗、低速率、低成本的雙向無(wú)線通信技術(shù)。主要用于距離短、功耗低且傳輸速率不高的各種電子設(shè)備之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸以及典型的有周期性數(shù)據(jù)、間歇性數(shù)據(jù)和低反應(yīng)時(shí)間數(shù)據(jù)傳輸?shù)膽?yīng)用。2025/7/2313:287.2知識(shí)準(zhǔn)備7.2.1ZigBee概述7.2.2ZigBee技術(shù)及應(yīng)用7.2.3ZigBee網(wǎng)關(guān)2025/7/2313:287.2.1ZigBee概述Zigbee是IEEE802.15.4協(xié)議的代名詞。根據(jù)這個(gè)協(xié)議規(guī)定的技術(shù)是一種短距離、低功耗的無(wú)線通信技術(shù)。ZigBee是一種無(wú)線連接，可工作在2.4GHz(全球流行)、868MHz(歐洲流行)和915MHz(美國(guó)流行)3個(gè)頻段上,分別具有最高250kbit/s、20kbit/s和40kbit/s的傳輸速率，它的傳輸距離在10-75m的范圍內(nèi),但可以繼續(xù)增加。2025/7/2313:287.2.1ZigBee概述作為一種無(wú)線通信技術(shù)，ZigBee具有如下特點(diǎn):（1）低功耗。（2）低成本。（3）低速率。提供250kbps(2.4GHz)、40kbps(915MHz)和20kbps(868MHz)的原始數(shù)據(jù)吞吐率,滿足低速率傳輸數(shù)據(jù)的應(yīng)用需求。（4）近距離。傳輸范圍一般介于10～100m之間。（5）短時(shí)延。Zigbee的響應(yīng)速度較快。（6）高容量。Zigbee可采用星狀、片狀和網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),一個(gè)主節(jié)點(diǎn)可管理254個(gè)子節(jié)點(diǎn)。（7）高安全。Zigbee提供了三級(jí)安全模式（8）免執(zhí)照頻段。采用直接序列擴(kuò)頻在工業(yè)科學(xué)醫(yī)療(ISM)頻段,2.4GHz(全球)、915MHz(美國(guó))和868MHz(歐洲)。2025/7/2313:287.2.2ZigBee技術(shù)及應(yīng)用1、ZigBee層級(jí)結(jié)構(gòu):ZigBee堆棧是在IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上建立的，從下往上依次是物理層，MAC層，網(wǎng)絡(luò)/安全層，應(yīng)用支持子層，應(yīng)用層，如圖7-2所示。2025/7/2313:287.2.2ZigBee技術(shù)及應(yīng)用2、ZigBee傳輸頻帶ZigBee具有三種頻帶:（1）868MHZ傳輸速率為20KB/S適用于歐洲（2）915MHZ傳輸速率為40KB/S適用于美國(guó)（3）2.4GHZ傳輸速率為250KB/S全球通用。2025/7/2313:287.2.2ZigBee技術(shù)及應(yīng)用3、ZigBee應(yīng)用ZigBee具有廣泛的應(yīng)用場(chǎng)景，主要包括：（1）家庭和樓宇網(wǎng)絡(luò)：空調(diào)系統(tǒng)的溫度控制、照明的自動(dòng)控制、窗簾的自動(dòng)控制、煤氣計(jì)量控制、家用電器的遠(yuǎn)程控制等；（2）工業(yè)控制：各種監(jiān)控器、傳感器的自動(dòng)化控制；（3）商業(yè)：智慧型標(biāo)簽等；（4）公共場(chǎng)所：煙霧探測(cè)器等；（5）農(nóng)業(yè)控制：收集各種土壤信息和氣候信息；（6）醫(yī)療：老人與行動(dòng)不便者的緊急呼叫器和醫(yī)療傳感器等。2025/7/2313:287.2.3ZigBee網(wǎng)關(guān)1、ZBRN1網(wǎng)關(guān)介紹HarmonyXB5RZBRN1作為發(fā)射器和PLC（可編程邏輯控制器）或支持ModbusTCP協(xié)議的所有工業(yè)PC（IT/OT盒）之間的中間設(shè)備運(yùn)行，提供網(wǎng)絡(luò)連接開(kāi)放性，如圖7.3所示。1—帶有5個(gè)LED的四個(gè)7段顯示符；2—電源LED；3??—通訊LED；4—無(wú)線電信號(hào)強(qiáng)度LED；5—電源輸入端子塊；6—選裝外部天線連接器；7—選裝外部天線連接器的防護(hù)塞；8—插入的帶有2個(gè)RJ45以太網(wǎng)連接器的ZBRCETH通訊模塊；9—滾輪；10—SD存儲(chǔ)卡插槽。2025/7/2313:287.2.3ZigBee網(wǎng)關(guān)2、ZBRN1以太網(wǎng)通信ZBRN1通過(guò)ZBRCETH通信模塊支持以太網(wǎng)ModbusTCP協(xié)議，可方便實(shí)現(xiàn)與PLC之間的通信，協(xié)議端口號(hào)為4840，ZBRN1IP配置參數(shù)主要有IP地址、子網(wǎng)掩碼、網(wǎng)關(guān)等，其中IP地址分配可通過(guò)三種方法實(shí)現(xiàn)，通過(guò)DHCP（dynamichostcontrolprotocol，動(dòng)態(tài)主機(jī)控制協(xié)議）服務(wù)器、通過(guò)BOOTP（bootstrapprotocol，bootstrap協(xié)議）服務(wù)器（BOOTP區(qū)）以及使用存儲(chǔ)在閃存中的靜態(tài)IP地址。在本實(shí)驗(yàn)中使用靜態(tài)IP地址分配，手動(dòng)設(shè)置ZBRN1的IP地址。ZBRN1通過(guò)ModbusTCP協(xié)議，ZBRN1HarmonyHub作為服務(wù)器，PLC為客戶端，使用UID248或255訪問(wèn)Modbus/TCP寄存器（如輸入寄存器）和占用時(shí)間，本例中使用UID為248。2025/7/2313:287.2.3ZigBee網(wǎng)關(guān)3、ZBRN1的Modbus寄存器及相關(guān)命令

ZBRN1的Modbus寄存器所有地址都按IEC%MW標(biāo)準(zhǔn)格式表示。對(duì)于Modbus寄存器訪問(wèn)，每個(gè)地址增加1，所有使用的寄存器均為16位，輸入通道寄存器如表7.2所示。針對(duì)按鈕及限位開(kāi)關(guān)的輸入寄存器有4個(gè)，共0~59共60個(gè)輸入通道，輸入寄存器1至3對(duì)應(yīng)0~47通道，輸入寄存器4的前12位用來(lái)存儲(chǔ)輸入通道的狀態(tài)，對(duì)應(yīng)48~59通道，本實(shí)驗(yàn)中使用的按鈕可使用0~59通道中的任意一通道。2025/7/2313:287.2.3ZigBee網(wǎng)關(guān)3、ZBRN1的Modbus寄存器及相關(guān)命令

2025/7/2313:287.2.3ZigBee網(wǎng)關(guān)4、Modbus功能碼

Modbus功能碼（十進(jìn)制）命令01讀取線圈03讀取保持寄存器06寫(xiě)入單個(gè)寄存器16寫(xiě)入n個(gè)寄存器43讀取設(shè)備標(biāo)識(shí)2025/7/2313:287.2.3ZigBee網(wǎng)關(guān)5、HarmonyHub用戶界面HarmonyHub菜單結(jié)構(gòu)如圖7.6所示，有3種基本操作模式：就緒、配置、診斷，就緒模式，在就緒模式下，HarmonyHub接收來(lái)自發(fā)射器的輸入信號(hào)；在配置模式，可對(duì)輸入通道、通信等參數(shù)進(jìn)行設(shè)置；在診斷模式下，可提供關(guān)于設(shè)備的各種設(shè)置和檢測(cè)到的錯(cuò)誤狀態(tài)的信息，在本例中，主要掌握配置模式下各種參數(shù)的配置。2025/7/2313:287.2.3ZigBee網(wǎng)關(guān)6、HarmonyHub滾輪操作2025/7/2313:287.2.3ZigBee網(wǎng)關(guān)7、網(wǎng)關(guān)與無(wú)線發(fā)射器配對(duì)基礎(chǔ)發(fā)射器類型如表7.6所示，本例中無(wú)線按鈕可選擇型號(hào)1或者6。2025/7/2313:287.2.3ZigBee網(wǎng)關(guān)7、網(wǎng)關(guān)與無(wú)線發(fā)射器配對(duì)基礎(chǔ)配對(duì)模式:根據(jù)關(guān)聯(lián)的發(fā)射器類型，有三種配對(duì)模式可用，如表7.7所示，本例中采用示教配對(duì)。2025/7/2313:287.3.1Zigbee網(wǎng)關(guān)配置任務(wù)要求：進(jìn)行網(wǎng)關(guān)配置，實(shí)現(xiàn)無(wú)線按鈕與網(wǎng)關(guān)通信，同時(shí)配置IP地址，為與PLC通信做準(zhǔn)備。網(wǎng)關(guān)的配置菜單結(jié)構(gòu)如圖7.11所示，在配置模式下可進(jìn)行輸入配置、通信配置、射頻配置及出廠配置等。2025/7/2313:287.3任務(wù)1Zigbee網(wǎng)關(guān)配置7.3.1IP配置7.3.2輸入配置7.3.3無(wú)線按鈕與網(wǎng)關(guān)通信調(diào)試7.3.1IP配置ZBRN1IP地址配置有DHCP模式、BOOTP模式、靜態(tài)IP模式，如圖7.12所示，各參數(shù)含義如表7.9所示。本例中使用靜態(tài)IP模式，IP地址為192.168.12.13，子網(wǎng)掩碼為255.255.255.0，網(wǎng)關(guān)地址為0.0.0.0，設(shè)置好后進(jìn)行保存。7.3.2輸入配置采用t示教模式添加類型1發(fā)射器的步驟如表7.10所示。7.3.3無(wú)線按鈕與網(wǎng)關(guān)通信調(diào)試設(shè)置好網(wǎng)關(guān)的IP地址，并完成zigbee射頻配對(duì)。在就緒模式下，當(dāng)按下按鈕，顯示如圖7.24所示，表明網(wǎng)關(guān)通過(guò)輸入通道1可以接收到無(wú)線按鈕信號(hào)。2025/7/2313:287.4任務(wù)2PLC及觸摸屏編程與下載7.4.1PLC控制電機(jī)啟停7.4.2PLC主站配置及程序設(shè)計(jì)7.4.3無(wú)線按鈕控制電機(jī)啟停測(cè)試2025/7/2313:287.4.1PLC控制電機(jī)啟停參考項(xiàng)目4，進(jìn)行PLC及觸摸屏編程，實(shí)現(xiàn)可通過(guò)觸摸屏控制電機(jī)的運(yùn)行，如圖7.15所示，首先變頻器使能，設(shè)置好變頻器工作頻率，按下變頻正轉(zhuǎn)，此時(shí)電機(jī)正轉(zhuǎn)，再此按下此按鈕，變頻器停止。同理進(jìn)行變頻器反轉(zhuǎn)測(cè)試，系統(tǒng)工作正常。2025/7/2313:287.4.2PLC主站配置及程序設(shè)計(jì)1.PLCModbusTCP配置如圖7.16所示，選擇設(shè)備樹(shù)，在工業(yè)以太網(wǎng)管理器菜單添加設(shè)備，添加設(shè)備名，在ModbusTCP從設(shè)備設(shè)備中others選擇一般ModbusTCP從站，完成設(shè)備的添加。2025/7/2313:287.4.2PLC主站配置及程序設(shè)計(jì)1.PLCModbusTCP配置添加設(shè)備完成后，關(guān)閉添加設(shè)備對(duì)話框，在設(shè)備屬種可看到添加的設(shè)備，如圖7.17所示，雙擊添加的ZigBee設(shè)備，點(diǎn)擊ModbusTCP從站配置，進(jìn)行從站設(shè)備的IP配置，為ZBRN1的IP地址192.168.12.13。2025/7/2313:287.4.2PLC主站配置及程序設(shè)計(jì)1.PLCModbusTCP配置進(jìn)行ModbusTCP通道配置，設(shè)置ModbusTCP通道名字，設(shè)置ZBRN1從站地址248，設(shè)置功能代碼為03，可讀保持寄存器，如圖7.18所示。2025/7/2313:287.4.2PLC主站配置及程序設(shè)計(jì)1.PLCModbusTCP配置進(jìn)行ModbusTCP從設(shè)備IO映射，如圖7.19所示，設(shè)置變量的名字為ZigBee，其映射的ZBRN1輸入通道為1，此值必須與射頻按鈕綁定的通道一致。2025/7/2313:287.4.2PLC主站配置及程序設(shè)計(jì)