PLC应用技术（S7-200 SMART） 课件 项目7 任务19 S7-200 SMART PLC的串口通信

项目7

任务19S7-200SMARTPLC的串口通信任务描述任务19S7-200SMARTPLC的串口通信S7-200SMARTPLC与V20变频器进行Modbus-RTU通信，PLC通过V20变频器控制三相异步电动机的正反转及指定频率运转控制。

ModbusRTU电机控制系统示意图1)熟悉V20变频器的端子资源等基本情况及对电机的控制方式。2)熟悉西门子S7-200SMARTPLC串口通信的方式及其硬件通信介质。3)熟练掌握Modbus通信协议及ModbusRTU通信方式。4)熟悉PLC的中断机制。任务目标任务19S7-200SMARTPLC的串口通信基础知识1Modbus通信协议Modbus是一种串行通信协议，是莫迪康Modicon公司（后被施耐德电气SchneiderElectric收购）于1979年为使用可编程逻辑控制器（PLC）通信而发表。因为是Modicon公司设计的，因此被称为Modbus。Modbus目前已经成为工业领域通信协议的业界标准，并且现在是工业电子设备之间常用的连接方式。Modbus允许多个设备连接在同一个网络上进行通信，在数据采集与监视控制系统（SCADA）中，Modbus通常用来连接监控计算机和远程终端控制系统（RTU）。基础知识1Modbus通信协议（1）Modbus通信协议版本Modbus是公开通信协议，大多数Modbus设备通信通过串口EIA-485物理层进行。Modbus具有两种串行传输模式，ASCII和RTU，通信双方必须同时支持上述模式中的一种。①ModbusRTU是一种紧凑的，采用二进制表示数据的方式，RTU格式后续的命令/数据带有循环冗余校验的校验和。②ModbusASCII是一种人类可读的，冗长的表示方式。Modbus有一个扩展版本ModbusPlus（Modbus+或者MB+），不过此协议和Modbus不同，是Modicon专有的。支持Modbus协议的设备一般都支持RTU格式。而西门子S7-200SMARTPLC不提供支持ModbusASCII通信模式的的现成指令库，需要用户用自由口模式编程。基础知识1Modbus通信协议（2）Modbus通信的设备Modbus是一种单主站的主/从通信模式。Modbus网络上只能有一个主站存在，主站在Modbus网络上没有地址，从站的地址范围为0-247，其中0为广播地址，从站的实际地址范围为1-247。Modbus协议是一个master/slave架构的协议。有一个节点是master节点，其他使用Modbus协议参与通信的节点是slave节点。每一个slave设备都有一个唯一的地址。基础知识1Modbus通信协议（3）Modbus数据类型①离散量输入（DiscretesInput）：1位，只读②线圈（Coils）：1位，读写③输入寄存器（InputRegisters）：16位，只读④保持寄存器（HoldingRegisters）：16位，读写基础知识1Modbus通信协议（4）Modbus数据帧格式①地址域：即主站要访问的从站地址，其范围0~247。②功能码：即主站想要对从站进行何种操作。③数据：如果主站的请求是读数据，那么该“数据”要包含的信息有：从哪里开始读数据+读多少数据。如果主站的请求是向从站写数据，那么该“数据”要包含的信息有：从哪里开始写数据+写多少个字节数据+要写的具体数据。④差错校验：为了保证数据传输的正确性，Modbus协议会在数据帧最后面加上两个字节的差错校验。一帧MODBUS数据示意图基础知识1Modbus通信协议（4）Modbus数据帧格式实际最常用的是公共功能码中的4个功能码：0x03/0x04/0x06/0x10。0x03：读多个保持寄存器0x04：读输入寄存器0x06：写单个保持寄存器0x10：写多个保持寄存器Modbus功能码，是写在主机请求数据帧中的，决定主机进行读还是写操作，是读线圈、离散量还是寄存器，是写单个寄存器还是多个寄存器等等，决定主机请求什么类型的数据。主要包括3类功能码：公共功能码、用户定义功能码和保留功能码。基础知识2中断S7-200SMART系列PLC最多有38个中断源(9个预留)，分为三大类：通信中断、输入/输出（I/O）中断和时基中断，优先由高到低依次是：通信中断、I/O中断和时基中断。特点：--只有把中断服务程序标号与中断事件联系起来，并且开放系统中断后才能进入等待中断并随时执行的状态。--多个中断事件可以连接同一个中断服务程序；一个中断服务程序只能连接一个中断事件。--中断程序只需与中断事件连接一次，除非需要重新连接。--中断事件各有不同的优先级别，中断服务程序不能再被中断，如果再有中断事件发生，会按照发生的时间顺序和优先级排队。--中断程序应短小而简单，执行时对其他处理不要延时过长，即越短越好--中断程序一共可以嵌套4层子程序。基础知识2中断（1）中断指令S7-200SMARTPLC的中断指令有六个。分别是：ENI、DISI、CRETI、ATCH、DTCH和CEVENT。基础知识2中断（2）中断事件及其分类①I/O中断I/O中断包括上升/下降沿中断、高速计数器中断和脉冲串输出中断。②通信端口中断通信端口的这种操作模式称为自由端口模式。③基于时间的中断基于时间的中断包括定时中断和定时器T32/T96中断。循环时间位于1ms到255ms之间，按增量为1ms进行设置。必须在定时中断0的SMB34和定时中断1的SMB35中写入循环时间。基础知识2中断（3）中断优先级、排队如果多个中断事件同时发生，则优先级（组和组内）会确定首先处理哪一个中断事件。处理了优先级最高的中断事件之后，会检查队列，以查找仍在队列中的当前优先级最高的事件，并会执行连接到该事件的中断例程。会继续执行这一步骤，直至队列为空且控制权返回到扫描周期。基础知识2中断（3）中断优先级、排队基础知识2S7-200SMARTPLC的ModbusRTU通信方式（1）S7-200SMARTPLC支持Modbus通信协议的模式S7-200SMARTCPU上的通讯口0和1（Port0和Port1）通过指令库支持ModbusRTU主站模式。S7-200SMARTCPU上的通信口0和1（Port0和Port1）通过指令库支持ModbusRTU从站模式。基础知识2S7-200SMARTPLC的ModbusRTU通信方式（2）ModbusRTU主站使用ModbusRTU主站指令库，可以读写ModbusRTU从站的数字量、模拟量I/O以及保持寄存器。--ModbusRTU主站指令库的功能是通过在用户程序中调用预先编好的程序功能块实现的，该库对PLC集成的RS485通讯口和CM01信号板有效。该指令库将设置通信口工作在自由口模式下。--ModbusRTU主站指令库使用了一些用户中断功能，编其他程序时不能在用户程序中禁止中断。--ModbusRTU主站指令库不能同时应用于CPU集成的RS485通讯口和CM01信号板。基础知识2S7-200SMARTPLC的ModbusRTU通信方式（2）ModbusRTU主站①MBUS_CTRL指令基础知识2S7-200SMARTPLC的ModbusRTU通信方式（2）ModbusRTU主站②MBUS_MSG指令基础知识2S7-200SMARTPLC的ModbusRTU通信方式（2）ModbusRTU主站③在V区中为ModbusRTU库指令分配存储区ModbusMaster指令库需要一个286个字节的全局V存储区。基础知识2S7-200SMARTPLC的ModbusRTU通信方式（3）ModbusRTU从站S7-200SMARTCPU本体集成通信口（Port0）、可选信号板（Port1）可以支持ModbusRTU协议，成为ModbusRTU从站。此功能是通过S7-200SMART的自由口通信模式实现。库中包括MBUS_INIT和MBUS_SLAVE两个子程序。基础知识2S7-200SMARTPLC的ModbusRTU通信方式（3）ModbusRTU从站①MBUS_INIT子程序基础知识2S7-200SMARTPLC的ModbusRTU通信方式（3）ModbusRTU从站②MBUS_SLAVE子程序拓展知识1USS通信（1）USS通信协议简介USS协议基本特点如下：①支持多点通信；②可采用单主站的“主－从”访问机制；③一个网络上最多可以有32个节点（最多31个从站）；④简单可靠的报文格式，使数据传输灵活高效；⑤易实现，成本低。USS的工作机制：①通信总是由主站发起，USS主站不断循环轮询各个从站；②从站根据收到的指令，决定是否、以及如何响应，从站永远不会主动发送数据；③如果接收到的主站报文没有错误，并且本从站在接收到主站报文中被寻址这个条件不满足，或者主站发出的是广播报文，从站不会做任何响应；④对于主站来说，从站必须在接收到主站报文之后的一定时间内发回响应，否则主站将视为出错。USS(UniversalSerialInterface)是西门子专为驱动装置开发的通信协议，即通用串行通信接口。最初USS用于对驱动装置进行参数化操作，即更多地面向参数设置。在驱动装置和操作面板、调试软件（如DriveES/STARTER）的连接中得到广泛的应用。近来USS因其协议简单、硬件要求较低，也越来越多地用于和控制器（如PLC）的通信，实现一般水平的通信控制。拓展知识1USS通信（1）USS通信协议简介--USS报文帧格式USS协议报文由一连串的字符组成--USS字符帧格式USS在串行数据总线上的字符传输帧为11位长度，具体格式如下表7-14所示。连续的字符帧组成USS报文，在一条报文中，字符帧之间的间隔延时要小于两个字符帧的传输时间（这个时间取决于传输速率）。拓展知识1USS通信（2）S7-200SMARTUSS通信程序设计步骤S7-200SMARTUSS标准指令库包括USS_INIT、USS_CTRL、USS_RPM_X、USS_WPM_X等指令。调用这些指令时会自动增加一些子程序和中断服务程序。S7-200SMART的USS编程主要包括如下三个步骤：①调用USS_INIT初始化指令②调用USS_CTRL控制指令③调用USS参数读写指令任务实施

1.

输入/输出地址分配I/O地址分配表数字量输入Modbus通信输入输出符

号地

址功

能Modbus地址地

址功

能SB1I0.3启停40100VW100控制字SB2I0.4正转40101VW200转速设定值SB3I0.5反转40110VW300状态字SB4I0.2测量当前转速40111VW400实际转速

2.绘制PLC接线示意图任务实施

3.V20参数设置任务实施V20三相异步电动机参数设置表设置连接宏（设置当前宏为Cn011）编程地址备用表V20变频器常用控制字

3.软件编程任务实施

3.软件编程任务实施

3.软件编程任务实施

3.软件编程