西門子PLC通過MODBUS協議與變頻器通訊

文/常青

科學技術的飛速發展，帶動了工業自動化的繁榮，工業自動化設備的生產廠商數量不斷增長，不同類型設備之間的通訊問題也開始受到技術人員的關注。以西門子為例，其名下幾乎所有的自動化產品都可以借助相應的PROFIBUS DP或者MPI協議，實現與西門子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，配合硬接線來實現數據傳輸，這種方式不僅會導致成本的增大，還會降低系統可靠性。

1 基本通信原理

1.1 MODBUS通信原理

MODBUS本身屬于一種應用層協議，以RS485串口為基準，經過長期的發展演變，已經形成了智能儀表、變頻器、保護裝置等相關設備的通用工業標準，其在實際應用中采用的是主從通信模式，主站發送相應的設備查詢或者設備控制請求，從站在接收到相應的控制字后，會對請求報文做出回應，然后將設備運行狀態作為應答，發送回主站。在MODBUS協議中，如果數據幀抵達終端設備，可以經過地址進入尋址到的設備中，去除數據幀數據抬頭后對其進行讀取，然后自動執行數據請求任務，并將自己生成的數據信息加入到提取到的數據中，數據幀則返回到發送者手中，返回的數據需要包含終端地址、執行命令生成請求、被執行命令和相應的校驗碼。

1.2 PROFIBUS DP通信原理

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

想要實現兩種協議的彼此鏈接，要求PM-160網關必須能夠對MODBUS協議產生的數據幀進行有效接收，并將存在于數據幀內部的數據在網關內的某個地質區域進行映射和存儲，并要PROFIBUS協議的格式要求，將從MODBUS協議數據幀中解析出的數據裝入PROFIBUS DP數據幀內，然后發送給PROFIBUS DP主站。在實際運行中，PROFIBUS DP主站發送的命令會將其數據幀轉變為MODBUS格式，然后發送到現場設備中。

2 現場設備配置

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

在現場設備配置環節，應該首先下載PM-160的GSD文件，將其安裝到系統中，做好2臺PM-160網關通訊的配置工作，在配置的過程中，應該保證網關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送的命令數量，確定好需要分配的地址的數量。結合實際情況分析，在運作中每臺變頻器需要讀取和寫入的字均為8個，需要進行48個字節的分配，而借助相應的STΕP7編程軟件，能夠完成對變頻器的遠程監控。然后，需要對PM-160網關進行設置，需要先下載PMG-123配置軟件，再結合組RS232轉USB通訊線，將PM-160接入計算機系統中，并于PMG-123軟件中，以需要設置的三個節點代表3臺變頻器，做好節點設置工作。在MODBUS寄存器設置環節，其本身的起始地址需要進行手動分配，也可以借助軟件所具備的“自動映射”功能完成。最后還需要進行變頻器的配置，廢水處理系統中使用的變頻器為施耐德ATV212型，能夠支持MODBUS協議、Lonworks以及BACnet等多種串口協議。從保證PLC與變頻器之間順利通信的角度，應該做好變頻器參數的修改工作：設定F829為1，以此來代表MODBUS通訊方式，然后依照網關的設置，對通信波特率、奇偶校驗以及MODBUS設備地址進行修改，確保其能夠滿足實際需求。可以設置CNOD的值為2，利用網絡通訊完成對于變頻器的啟停控制；設置FNOD的值為4，借助網絡通訊對頻率給定進行控制。

3 現場設備調試

在完成設備設置后，還應該做好相應的調試工作，這個過程中需要關注幾個比較關鍵的問題，一是STΕP7讀取的變頻器電壓、電流以及頻率等都應該是額定值的百分比，在結果顯示環節，應該將數據除以100后，與額定值相乘，設備狀態字的讀取以及啟停控制字的發送應該經過反轉后使用，在PM-160網關，必須將輸出命令輪詢模式設定為“逢變輸出”，以此來減少通信量。如果通信缺乏穩定性，則需要適當增加響應和輪詢的等待時間。另外，在數據讀取中，應該采用慢速掃描模式，數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 結語

總而言之，伴隨著工業化進程的加快，其對于自動化提出了更高的要求，設備多樣習慣要求技術人員應該推動不同通信協議的相互結合，以此來保證數據的高效傳輸，在節約成本和設備維護方面同樣有著積極作用，應用前景十分廣闊，值得進行推廣。