S7-200与三菱变频器串行通信毕业论文

毕业论文课题： S7-200对三菱变频器远程控制摘 要随着计算机网络技术的发展及工厂自动化程度的不断提高,开放性和多功能的网络通信要求成为了PLC的必备条件。在实际应用中，PLC主机与扩展模块之间要进行信息交换，PLC主机与其他主机或其他设备之间也经常进行信息交换。所以通过这次课题的设计对PLC与变频器之间的通信方式得到一个初步的认识，这次的课题主要学习S7-200与三菱变频器之间最基本的通信方式。通过查阅资料把课题拟定，S7-200与三菱变频器串行口通信研究。定好课题开始学习S7-200以及三菱变频器的通信格式，由PLC发出启动、停止、运行频率等指令，来控制变频器的运转及频率输出。在导师指导下经过多次修改、调试定下程序的梯形图。通过这次课题设计提高了自己独立工作的能力和创造力，加强了对基础及专业的运用能力，让我对PLC又加深一步的了解。PLC作为工业自动控制的核心部分，单机编程和维护相对简单一点，而工业网络通信要求同时兼顾稳定性、快速性、灵活性及与第三方设备的兼容性，所以工业网络通信成为工业自动化系统设置及实施的难点。变频器与PLC在自由口模式下通信，具有很大的灵活性，方便了工程应用。Abstract With the development of computer network technology and factory automation degree rise ceaselessly, Open and multi function network communication requirements of PLC become the essential condition. In practical application, the PLC host and extension module to exchange information between PLC host and other host, or other equipment also often exchange information. So through this topic design of communication between PLC and frequency converter means to get a preliminary understanding, this topic mainly to learn S7-200 and Mitsubishi Inverter between the most basic means of communication. Access to information through the research protocol, S7-200 and Mitsubishi Inverter serial port communication research. Set the task started learning S7-200 and Mitsubishi Inverter communication format, by the PLC to start, stop, run the frequency of such instruction, to control the inverter operation and frequency output. In under the guidance of a mentor after several modifications, debugging set program ladder chart. Through this topic design improves their ability to work independently and creativity, strengthen the basic and professional skills, let I to PLC and to deepen the understanding of one pace. PLC as the core part of industrial automatic control, single programming and maintenance of relatively simple, while the industrial network communication requirements of both stability, rapidity, flexibility and compatibility with third party equipment, so the industrial communication networks become industrial automation system settings and the difficulties of implementation. Frequency converter and PLC in free port mode of communication, it has great flexibility, convenient for engineering application.目 录摘 要IAbstractII目 录III第一章 绪论11.1 串行通信基本概念及特点11.2 串行通信的分类11.2.1通信协议21.2.2通信设备3第二章 PLC的自由口串行通信52.1 自由口指令及应用52.1.1 自由口指令52.1.2相关寄存器及标志52.2 PLC的格式设定7第三章 变频器通信 （本章由单璐所作）83.1 串行通讯功能83.2 变频器通信格式8第四章 程序134.1 流程图134.2 PLC连接变频器带动电动机启动接线图144.3 指令表144.4 梯形图18第五章 结论315.1 结论31致 谢32参考资料33- III -第一章 绪论 1.1 串行通信基本概念及特点 串行通信是将数据字节分成一位一位的形式在一条传输线上逐个地传送接收设备8位顺次传送发送设备DO D7图1-1 串行通信传送方式串行通信的特点：传输线少，长距离传送时成本低，且可以利用电话网等现成的设备，但数据的传送控制比并行通信复杂。1.2 串行通信的分类异步通信与同步通信1、异步通信 异步通信是指通信的发送与接收设备使用各自的时钟控制数据的发送和接收过程。为使双方的收发协调，要求发送和接收设备的时钟尽可能一致。 接受设备发送设备间隙任意 0100 1 0 10100100 1 0 11100110 1 0 1110图1-2 异步通信的发送与接受方式 异步通信是以字符（构成的帧）为单位进行传输，字符与字符之间的间隙（时间间隔）是任意的，但每个字符中的各位是以固定的时间传送的，即字符之间不一定有“位间隔”的整数倍的关系，但同一字符内的各位之间的距离均为“位间隔”的整数倍。异步通信的特点：不要求收发双方时钟的严格一致，实现容易，设备开销较小，但每个字符要附加23位用于起止位，各帧之间还有间隔，因此传输效率不高。2、同步通信同步通信时要建立发送方时钟对接收方时钟的直接控制，使双方达到完全同步。此时，传输数据的位之间的距离均为“位间隔”的整数倍，同时传送的字符间不留间隙，即保持位同步关系，也保持字符同步关系。发送方对接收方的同步可以通过两种方法实现。 1.2.1通信协议西门子产品所用的通信协议包括通用协议和公司专用协议。不同形式的通信可以分别使用相应的协议。一 通用协议通用协议主要是Ethernet协议，用于管理级的信息交换。二 公司专用协议 S7-200支持多种通信协议，协议定义了主站与从站两类通信设备。主站可以对网络上另一台设备发出初始化申请，从站只是响应来自主站的申请。主、从站间的专用通信协议有以下三个标准协议和一个自由口协议。三 PPI协议PPI(Point-to-Point Interface)协议勇于点对点接口，它是一个主/从协议。其特点是当主站向从站发送申请或查询时，从站才对其响应，从站不进行信息初始化。主站可以是其他CPU主机（如S7-300等）、SIMATIC编程器或TD200文本显示器等。网络中的所有S7-200都默认为从站。S7-200系列中的一些CPU模块如果在用户程序中允许PPI主站模式，则在方式下可以作为主站。此时可以利用相关的通信指令（如NETR、NETW）来读写其他CPU主机，同时它还可以作为从站来响应其他主站的申请或查询。对于任何一个从站有多少个主站和它通信，PPI并没有限制，但在网络中最多只能有32个主站。四 自由口协议自由口协议是指通过用户程序控制CPU主机的通信端口的操作模式来进行通信。当选择自由口模式且主机处于RUN方式下，用户可通过发送/接收中断、发送/接收指令编写的切换到正常的PPI协议操作。通信协议完全由用户程序控制，通过SMB30(通信口0)可设置自由口通信式。五 MPI协议MPI(Multi-Point Interface)协议适用于多点接口，可以是主/主协议或主/从协议，协议操作有赖于设备类型。S7-300都默认为网络主站，如果网络中只有S7-300，则建立主/主连接。如果设备中有S7-200，则可建立主/从连接。MPI协议用于两个相互通信的设备之间建立连接。这种连接可以是两个设备之间的非公用连接，连接数量有一定限制。主站可在需要时短时间内建立一个连接，或是无限期地保持断开连接。运行时另一个主站不能干涉已经建立连接的两个设备。由于设备之间S7-200的连接是非公用的，并且需要CPU中的资源，所以每个S7-200只能支持四个连接，但每个EM277PROFIBUS-DP模块支持六个连接。每个S7-200和EM277模块保留两个连接，其中一个给SIMATIC编程器或计算机，另一个给操作面板。这些保留的连接不能由其他类型的主站（如CPU）使用。六 PROFIBUS协议PROFIBUS协议用于分布式I/O设备（远程I/O）的高速通信。该协议的网络使用RS-485标准双绞线，适合多段、远距离高速通信。PROFIBUS网络通常有一个主站和几个I/O从站。主站初始化网络并核对网络上的从站设备和配置是否匹配。主站连续地把输出数据写到从站并从它们读取输入数据。当DP主站成功地组态一个从站时，它就拥有该从站。如果网络中有第二个主站，它只能很有限地访问第一个主站的从站。PROFIBUS协议允许在一个网络段上最多连接32台设备。根据波特率的不同，网络段的长度可以达到1200m，如采用中继器，则可在网络上连接更多的设备，网络的长度也可延长到9600m.以上这三个标准协议是基于OSI的七层通信结构模型，PPI和MPI协议通过令牌逻辑环网实现。这些都是异步、基于字符的协议，带有1个起始位、8个数据位、1个偶校验位和1个停止位。通信帧由特殊的起始和结束字符、源和目的站地址、帧长度和数据完整性检查组成。只要相互波特率相同，三个协议可以在一个网络中同时运行，而不会相互影响。协议支持一个网络上的127个地址（从0到126）。为了使通信成功，网络上的所以设备必须具有不同的地址。IMATIC编程器和计算机的默认地址是0，操作面板（如TD200、P15）的默认地址是1，PLC的默认地址是2，可运行STEP7-Micro/WIN32修改地址。1.2.2通信设备（一） 通信口：S7-200主机带有一个或两个串行口通信，其通信口是符合EN50170欧洲标准中PROFIBUS标准的RS-485兼容9针D型接口。接口引脚如下图所示：图1-3 RS-485引脚 端子标记端子名称功能TRA数据收发端子（+）用RS485通信接口与计算机连接时，请连接“+” 信号端子TRB数据收发端子（）用RS485通信接口与计算机连接时，请连接“”信号端子RXR终端端子用RS485通信接口与计算机连接多个变频器时，仅最末尾的变频器连接TRB端子RXR端子表1-4 RS-485通信接口第二章 PLC的自由口串行通信2.1 自由口指令及应用2.1.1 自由口指令自由口通信指令包括：自由口发送（XMT）指令和自由口接收（RCV）指令，如图2-1图2-1自由口通信指令 发送（XMT）指令：允许输入端EN有效时，指令初始化通信操作，通过指令端口（PORT）将数据缓冲区（TBL）发送到远程设备。数据缓冲区的第一个字节定义发送的字节数。 接收（RCV）指令：允许输入端EN有效时，指令初始化通信操作，通过指定端口（PORT）从远程设备上读取数据存储于数据缓冲区（TBL）。数据缓冲区的第一个字节定义接收的字符数。接收缓冲区和发送区数据格式如下，其中，“起始字符”与“结束字符”是可选项。字符数起始字符数据区结束字符NETR、NETW指令中合法的操作数：TBL可以是VB、IB、QB、MB、SB、SMB、*VD、*AC和*LD，数据类型为BYTE；PORT为常数（CPU221、CPU222、CPU224模块为1；CPU226、CPU226XM模块为0和1），数据类型为BYTE。2.1.2相关寄存器及标志1. 控制寄存器如下表2-2所示端口0(PORT0)端口1(PORT1)描述SMB3016#0900001001SMB130PPDBBBMMPP:奇偶选择00：无奇偶校验D:每个字符的数据位0：每个字符8位BBB:自由口波特率（bit/s）010:9600MM:协议选择01：自由口协议SMB8716#F011110000SMB187接收信息控制字节enscecilc/mtmrbk0en 1:允许接收信息sc 1：使用SMB89或SMB189的值检测起始信息ec 1：使用SMB89或SMB189的值检测结束信息il 1：使用SMW90或SMW190的值检测空闲状态c/m 0: 定时器是字符间超时定时器tmr 0：忽略SMW92或SMW192bk 0：忽略break条件空闲和一个起始字符： il=1，sc=1，bk=0，SMW90(或SMW190)0SMB882ASMB188信息的起始字符 2ASMB890DSMB189信息的结束字符 0DSMB905SMB190空闲时间（按ms设定） 5msSMB9414SMB194要接收的最大字符数（1255字节） 14表2-22 特殊标志位及中断 接收字符中断：中断事件号为8（端口0）和25（端口1）。 发送信息完成中断：中断事件号为9（端口0）和26（端口1）。接收信息完成中断：中断事件号为23（端口0）和24（端口1）。发送结束标志位SM4.5和SM4.6：分别用来标志端口0和端口1发送空闲状态，发送空闲位置1.3 特殊功能寄存器执行接收（RCV）指令时用到一系列特殊功能寄存器。对端口0用SMB86到SMB94；对端口1用SMB186到SMB194。(一)用XMT指令发送数据用XMT指令可以方便地发送1255个字符，如果有一个中断服务程序接连到发送结束事件上，在发送完缓冲区的最后一个字符时，会产生一个发送中断（对端口0为中断事件9，对端口1为中断事件26）。可以通过检验发送完状态位SM4.5或SM4.6的变化，判断发送是否完成。如果将字符数设置为0并执行XMT指令，可以产生一个break状态，这个break状态可以在线上持续一段特定的时间，这段时间是以当前波特率传输16位数据所需要的时间。发送break的操作与发送其他信息一样，发送break的操作完成时也会产生一个发送中断，SM4.5或SM4.6反映发送操作的当前状态。 （二）用RCV指令接收数据用RCV指令可方便地接收一个或多个字符，最多可达255个字符。如果有一个中断服务程序连接到接收信息完成事件上，在接收完最后一个字符时，会产生一个接收中断（对端口0为中断事件23，对端口1为中断事件24）。接收信息状态寄存器SMB86或SMB186反映执行RCV指令的当前状态：当RCV指令未被激活或已被终止时，它们不为0；当接收正在进行时，它们为0。（三）用接收字符中断接收数据自由口协议支持用接收字符中断控制来接收数据。端口每接收一个字符会产生一个中断；端口0产生中断事件8；端口1产生中断事件25。在执行连接到接收字符中断事件上的中断程序前，接收到的字符存储在SMB2中，奇偶校验状态（如果允许奇偶校验）存在SMB3.0中，用户可以通过中断访问SMB2和SMB3来接收数据。端口0和端口1共用SMB2和SMB3。2.2 PLC的格式设定根据这次研究的课题的PLC的格式设定如图2-3图2-3 PLC格式设定第三章 变频器通信 （本章由单璐所作）3.1 串行通讯功能 计算机（PLC）与变频器之间的数据通信执行过程如图3-1所示。 数据通信协议执行过程分5个步骤进行，具体过程分析如下：、1）从计算机（PLC）发送数据到变频器；数据写入时根据需要，选择使用格式A、A,数据读出时，使用格式B进行；2）变频器数据处理时间，即变频器的等待时间；根据变频器参数Pr.123选择，Pr.123=9999，由通信数据设定其等待时间；Pr.123=0150ms，由变频器参数设定其等待时间。3）从变频器返回数据到计算机（PLC）；变频器检查步骤1）发送的数据有无错误，如果通信没有错误、接收请求时，将从变频器返回数据格式为C、E、E；如果通信错误、拒绝请求时，则从变频器返回数据格式为D、F;4）计算机（PLC）处理延时时间；5）计算机（PLC）根据返回数据应答变频器；当使用格式B后，计算可检查从变频器返回的应答数据有无错误，并通知变频器，没有发现错误使用格式G，发现错误使用格式H。本次变频器通信要研究的是使用格式A、A数据读出时使用格式B。图3-1 计算机与变频器的数据通信执行过程3.3.2通过串行通讯进行变频器的运转和相关功能代码的设定3.2 变频器通信格式通信格式类型如表3-2操作运行指令运行频率参数写入变频器复位监示参数读出根据用户程序通信请求发送到变频器AAAABB表3-2通信格式类型 使用十六进制，数据在计算机（PLC）与变频器之间的自动使用ASCII码传输。从计算机（PLC）到变频器的通信请求数据如图3-3所示。图3-3 从计算机到变频器的通信请求数据格式*3表示控制代码*4表示CR（回车符）或LF（换行符）代码；当数据从计算机（PLC）传输到变频器时，在有些计算机中代码CR（回车符）和LF（换行符）自动设置到数据组的结尾，因此变频器的设置也必须根据计算机来确认，并且可通过变频器的Pr.124选择有无CR和LF代码。*5Pr.123响应时间设定不设定为9999的场合下，数据格式的“响应时间”字节没有，作成通信请求数据。（字符数减少一个）1）控制代码数据定义信号ASCII码说明ENQH05询问（通信请求）LFH0A换行CRH15不承认（发现数据错误）2）变频器站号。规定与计算机（PLC）通信的站号，在H00H1F（0031）、之间设定。3）指令代码。由计算机（PLC）发给变频器，指明程序要求（例如运行、监视）。因此，通过响应的指令代码，变频器可进行各种方式的运行和监示。4）数据。表示与变频器传输的数据，例如频率和参数；依照指令代码确认数据的定义和设定范围。5）等待时间。规定变频器收到从计算机（PLC）来的数据和传输应答数据之间的等待时间；根据计算机的响应时间在0150ms之间设定等待时间，最小设定单位10ms（例如：1为10ms，2为20ms）如图3-4。图3-4 等待时间 6）总和校验。总和校验代码是由被校验的ASCII码数据的总和（二进制）的最低一个字节（8位）表示的两个ASCII码数字（十六进制），如图3-5所示为总和校验示例。图3-5 总和校验示例 运用RS指令对表3-6中变频器各项目进行读写项目指令代码说明数据位数操作模式读书H7BH0000：通信选项运行；H0001：外部操作；H0002：通信操作（PU接口）4位写入HFBH0000：通信选项运行；H0001：外部操作；H0002：通信操作（PU接口）监视输出频率速度H6FH0000HFFFF：输出频率（十六进制）最小单位0.01Hz当Pr.37=19998或Pr.144=210、102110，用转速（十六进制）表示最小单位r/min4位输出电流H70H0000HFFFF：输出频率（十六进制）最小单位0.1A4位输出电压H71H0000HFFFF：输出电压（十六进制）最小单位0.1V4位运行指令HFAb7 b001001100b1：正转（STF）H02b2：反转（STR）H042位设定频率读出(EPROM)H6E读出设定频率(EPROM)或(RAM)H0000H9C40：最小单位0.01Hz（十六进制）4位设定频率读出(RAM)H6D4位设定频率写入(EPROM)HEEH0000H9C40：最小单位0.01Hz（十六进制）（0400.00Hz）频率改变运行频率时，请写入到变频器的RAM（指令代码：HED）4位设定频率写入(RAM)HED4位变频器复位HFDH9696：复位变频器。当变频器有通信开始由计算机复位时，变频器不能发送回应答数据给计算机4位参数全部清除HFC所有参数返回出厂设定值。根据设定的数据不同有4种操作方式：当执行H9696或H9966时，所有参数被清除，与通信相关的参数设定值也返回到出厂设定值，当重新操作时，需要设定参数4位用户清除HFCH9669：进行用户清除表3-6变频器通信设定的项目和设定的数据表根据这次研究课题的频率设定如图3-7图3-7变频器频率设定第四章 程序4.1 流程图图4-1 S7-200与三菱变频器的通信流程图4.2 PLC连接变频器带动电动机启动接线图图4-2 S7-200与三菱变频器通信的硬件图4.3 指令表 网络1 初始化 LD SMD 1 CALL SBR_O网络2 正转 LD I0.0 EU ENQ02FA024BCR MOVB 10 VB100 MOVB 16#46 VB104 05 0D MOVB 16#41 VB105 MOVB 16#30 VB106 MOVB 16#32 VB107 MOVB 16#34 VB108 MOVB 16#42 VB109 MOVB 16#0D VB110 XMT VB100 0网络3 反转 LD I0.1 EU MOVB 10 VB100 ENQ02FA044DCR MOVB 16#46 VB104 05 44 0D MOVB 16#41 VB105 MOVB 16#30 VB106 MOVB 16#34 VB107 MOVB 16#34 VB108 MOVB 16#44 VB109 MOVB 16#0D VB110 XMT VB100 0网络4 停止 LD I0.2 EU MOVB 10 VB100 MOVB 16#46 VB104MOVB 16#41 VB105MOVB 16#30 VB106MOVB 16#30 VB107MOVB 16#34 VB108MOVB 16#39 VB109MOVB 16#0D VB110XMT VB100 0网络5 当I0.3接通，变频器输出频率按每秒0.1Hz加速LD I0.3A SM0.5EUMOVW 1 VW135INCW VW135网络6 当I0.4接通，变频器输出频率按每秒0.1Hz减速LD I0.4A SM0.5EUMOVW 1 VW135DECW VW135网络7 上限频率50.0HzLDW= VW135 500MOVW 500 VW135网络8 下线频率1.5HLDW= VW135 15MOVW 15 VW135网络9 凡是有频率改变的要求，就把要求的发送到变频器LDW VW135 VW145MOVB 12 VB100MOVB 16#45 VB104MOVB 16#44 VB105MOVB VW135 VW143*I +10 VW143HTA VB143 VB106 4MOVW VW135 VW145网络10LDW VW135 VW145MOVD &VB102 VD131MOVW 0 VW129FOR VW125 1 9MOVB *VD131 AC0+I AC0 VW129+D 1 VD131网络11NEXT网络12LD SM0.0ANDW 16#FF VW129HTA VB130 VB110 2MOVB 16#0D VB112XMT VB100 0网络13 输出频率读取LD I0.5EUMOVB 8 VB100MOVB 16#36 VB104MOVB 16#44 VB105MOVB 16#44 VB106MOVB 16#43 VB107MOVB 16#0D VB108XMT VB100 0网络14 当读取频率时，显示在VW502，四位显示除以10LDB= VB205 16#02ATH VB206 VB500 4MOVW VW500 VW502/I +10 VW502自由口通信参数初始化子程序网络1LD SM0.0MOVB 16#09 SMB30MOVB 16#F0 SMB87MOVB 16#05 SMB88MOVB 16#0D SMB89MOVB 14 SMB94MOVB 5