西门子PLC通过MODBUS协议与变频器通讯

文/常青

科学技术的飞速发展，带动了工业自动化的繁荣，工业自动化设备的生产厂商数量不断增长，不同类型设备之间的通讯问题也开始受到技术人员的关注。以西门子为例，其名下几乎所有的自动化产品都可以借助相应的PROFIBUS DP或者MPI协议，实现与西门子PLC之间的信息传递，具备较好的便利性。但是，若选择其他品牌的产品，则通信会变得很麻烦，需要增加PLC模块，配合硬接线来实现数据传输，这种方式不仅会导致成本的增大，还会降低系统可靠性。

1 基本通信原理

1.1 MODBUS通信原理

MODBUS本身属于一种应用层协议，以RS485串口为基准，经过长期的发展演变，已经形成了智能仪表、变频器、保护装置等相关设备的通用工业标准，其在实际应用中采用的是主从通信模式，主站发送相应的设备查询或者设备控制请求，从站在接收到相应的控制字后，会对请求报文做出回应，然后将设备运行状态作为应答，发送回主站。在MODBUS协议中，如果数据帧抵达终端设备，可以经过地址进入寻址到的设备中，去除数据帧数据抬头后对其进行读取，然后自动执行数据请求任务，并将自己生成的数据信息加入到提取到的数据中，数据帧则返回到发送者手中，返回的数据需要包含终端地址、执行命令生成请求、被执行命令和相应的校验码。

1.2 PROFIBUS DP通信原理

PROFIBUS DP在很多时候被用于工业现场的高速数据传输，结合组相应的RS-485双绞线或者光缆，能够支持9.6Kbit/s到12Mbit/s的数据传输要求。主站可以依照预先设定好的周期，对从站输入信息进行读取，也可以定期向从站输出信息，在这个过程中，要求总线循环时间不能超过主站程序的循环时间。不仅如此，PROFIBUS DP还可以提供智能设备运行中所必须的非周期性通信，以此来完成组态、报警乃至相应的诊断处理。

想要实现两种协议的彼此链接，要求PM-160网关必须能够对MODBUS协议产生的数据帧进行有效接收，并将存在于数据帧内部的数据在网关内的某个地质区域进行映射和存储，并要PROFIBUS协议的格式要求，将从MODBUS协议数据帧中解析出的数据装入PROFIBUS DP数据帧内，然后发送给PROFIBUS DP主站。在实际运行中，PROFIBUS DP主站发送的命令会将其数据帧转变为MODBUS格式，然后发送到现场设备中。

2 现场设备配置

某钢铁企业废水处理系统采用的PLC设备是西门子S7-400系列，编程软件为STΕP7 V5.5 SP3，系统中设置有6台变频器，均为施耐德ATV212型，有2台PM-160，可以分别与3台变频器进行通信。

在现场设备配置环节，应该首先下载PM-160的GSD文件，将其安装到系统中，做好2台PM-160网关通讯的配置工作，在配置的过程中，应该保证网关在编程软件中能够映射出正确的地址，并依照每一台变频器需要读取以及发送的命令数量，确定好需要分配的地址的数量。结合实际情况分析，在运作中每台变频器需要读取和写入的字均为8个，需要进行48个字节的分配，而借助相应的STΕP7编程软件，能够完成对变频器的远程监控。然后，需要对PM-160网关进行设置，需要先下载PMG-123配置软件，再结合组RS232转USB通讯线，将PM-160接入计算机系统中，并于PMG-123软件中，以需要设置的三个节点代表3台变频器，做好节点设置工作。在MODBUS寄存器设置环节，其本身的起始地址需要进行手动分配，也可以借助软件所具备的“自动映射”功能完成。最后还需要进行变频器的配置，废水处理系统中使用的变频器为施耐德ATV212型，能够支持MODBUS协议、Lonworks以及BACnet等多种串口协议。从保证PLC与变频器之间顺利通信的角度，应该做好变频器参数的修改工作：设定F829为1，以此来代表MODBUS通讯方式，然后依照网关的设置，对通信波特率、奇偶校验以及MODBUS设备地址进行修改，确保其能够满足实际需求。可以设置CNOD的值为2，利用网络通讯完成对于变频器的启停控制；设置FNOD的值为4，借助网络通讯对频率给定进行控制。

3 现场设备调试

在完成设备设置后，还应该做好相应的调试工作，这个过程中需要关注几个比较关键的问题，一是STΕP7读取的变频器电压、电流以及频率等都应该是额定值的百分比，在结果显示环节，应该将数据除以100后，与额定值相乘，设备状态字的读取以及启停控制字的发送应该经过反转后使用，在PM-160网关，必须将输出命令轮询模式设定为“逢变输出”，以此来减少通信量。如果通信缺乏稳定性，则需要适当增加响应和轮询的等待时间。另外，在数据读取中，应该采用慢速扫描模式，数字的写入则采用快速扫描模式，，硬件上需要采用2芯电缆，位于最后的变频器需要拨上终端电阻拨码。

4 结语

总而言之，伴随着工业化进程的加快，其对于自动化提出了更高的要求，设备多样习惯要求技术人员应该推动不同通信协议的相互结合，以此来保证数据的高效传输，在节约成本和设备维护方面同样有着积极作用，应用前景十分广阔，值得进行推广。