任务3.2 S7-1200 PLC Modbus通信控制G120变频器

S7-1200PLCModbus通信控制G120变频器任务引入如图所示，某企业用于高精度磨线机上的转线电机，拟选用西门子G120变频器驱动。KTP700HMI做人机交互，S7-1200PLCModbus通信控制G120变频器。任务引入高精度磨线机系统结构示意图绘制运动控制系统安装电气接线原理图和网络拓扑图；编写PLC程序通信控制变频器正反转和调试转速；参考下图，在触摸屏上组态“正转”“反转”“停止”3个按钮，变频器设定频率和输出频率2个IO域，运行状态、正方向旋转和反方向旋转3个指示灯以及其他文本域注释；进行任务调试。任务目标任务目标（1）理解Modbus-RTU通信协议。（2）理解G120变频器与S7-1200PLC通信板、通信模块的硬件连接。（3）理解G120变频器ModbusRTU宏参数的功能。（4）理解西门子S7-1200PLC的ModbusRTU通信指令。1.

知识目标（1）能够设计Modbus通信控制G120变频器电气接线原理图和网络拓扑图。（2）能够安装Modbus通信控制G120变频器主电路和通信电路。（3）会识读G120变频器手册，参考手册设计任务需要的变频器相关参数。（4）能够在TIAPortal软件中设置G120的参数，进行变频器调试。（5）能够在TIAPortal软件中配置PLC硬件，编写调试Modbus通信程序。任务目标2.能力目标（1）通过实现Modbus通信控制变频器，增强科技报国信心。（2）养成规则意识、标准意识和5S管理的职业素养，培养开拓创新的科学精神。任务目标3.素质目标任务准备MODBUS通信概述

为了实现本任务目标，需要理解Modbus通信控制电路、通信宏相关参数、G120变频器Modbus通信寄存器和S7-1200PLC的Modbus通信指令等。MODBUS是一种工业通信协议，支持多种通讯方式，包括串行通讯（如RS-232、RS-485）和以太网通讯（如TCP/IP），适用于不同的应用场景和需求‌。MODBUS通信网络中只有1个主站，主站没有地址，无中继单网络中最多可以有32个站点。MODBUS-RTU采用串行通讯，与USS通信相同也使用RS485通信电缆。在Modbus通信中，只有主站可以发起通信，从站应答。当从站被寻址并收到消息后，可以通过功能代码得知要执行的任务。从站接收的某些数据对应由功能代码定义的任务。此外还包含一个用于错误检测的CRC（循环冗余校验）码。MODBUS从站在接收并处理一个单播消息之后会发送应答，此前提是接收的消息中未检测到错误。如果发生处理错误，从站会发送错误消息进行应答。消息中有如下固定的字符：8个数据位、1个奇偶校验位以及1个或2个停止位。实际应用最常用的设置是8个数据位、无奇偶校验以及1个停止位。数据单元从头开始的1个字节存放从站地址，1个字节存放功能码。MODBUS通信的应用数据单元以FC3为例，功能码16进制03（0x03）为读保持寄存器，有4字节数据：2字节为寄存器的起始地址；2字节为寄存器数量，见上表。字节1字节2字节3字节4字节5字节6字节7字节8地址FC（0x03）起始地址寄存器数量CRC高低高低高低MODBUS通信的应用数据单元字节1字节2字节3字节4字节5...字节N*2-1字节N*2字节N*2+1字节N*2+2地址FC（0x03）字节数起始地址...寄存器数据CRC高低高低高低变频器对FC=0x03读保持寄存器的响应根据项目3任务1控制单元接口分析，采用Modbus通信可以选用控制单元CU240B-2和CU240E-2。CU240B-2和CU240E-2底部的现场总线接口，如图所示。CU240B-2和CU240E-2控制单元现场总线接口硬件配置与连接

S7-1200PLC的CPU没有RS485串口，需要如图所示CM1241通信模块和CB1241通信板。

CB1241通信板和CM1241通信模块实物图CB1241通信板上通信端子的接线如图所示。CB1241通信板及其通信端子PLC通信读写变频器数据，变频器的输入输出电路都可以不用连接，只需连接现场总线接口。选用CB1241通信板，点对点近距离通信不接终端电阻。CB1241通信板的T/RB连接变频器现场总线接口的2号端子（RS485+），CB1241通信板的T/RA连接变频器现场总线接口的3号端子（RS485-），如图所示。CB1241与G120变频器总线接口连接示意图G120变频器采用Modbus通信控制时，选择宏设为21，相关参数设置见表所示。参数描述默认值实际值备注P0015选择宏1221选择现场总线通信P2030现场总线协议12ModbusRTU协议P2020现场总线波特率669600bps波特率P2021现场总线地址33Modbus地址P2040现场总线监控时间1004000设置或屏蔽监控G120变频器Modbus通信的相关参数G120变频器Modbus通信时，常用的寄存器地址见表所示。项目寄存器编号描述访问类型读取写入控制数据40100控制字R/WPZD1PZD140101主设定值R/WPZD2PZD2状态数据40110状态字RPAD1

40111速度实际值RPZD2

P112040322斜坡上升时间R/WP1120P1120P112140323斜坡下降时间R/WP1121P1121G120变频器Modbus通信寄存器G120变频器Modbus通信常用寄存器“描述”列：控制字STW（Steuerwort）、转速设定值HSW（Haupsollwert）、状态字ZSW（Zustandswort）：实际转速HIW（Hauptistwert）；“访问类型”列：R读、W写、R/W读/写；“读取”和“写入”列：PZD：过程数据。位名称功能1信号0信号

运行准备连续正转连续反转故障确认00ON/OFF1是否011001电气制动否是111102快速制动否是111103脉冲使能是否111104斜坡函数发生器使能是否111105斜坡函数发生器启动是否111106设定值使能是否111107故障确认是否000108正向点动是否000009反向点动是否000010由PLC控制是否111111反向是否001012缺省

000013点动电位计加速是否000014点动电位计减速是否000015手动/自动是否0000运行准备（停止）的控制字为2#0000010001111110（二进制）=16#047E（十六进制）=10#1137（十进制）

STW控制字的16位每一位的名称功能、运行准备（停止）、正转、反转、故障确认控制字功能位名称功能1信号0信号

运行准备连续正转连续反转故障确认00ON/OFF1是否011001电气制动否是111102快速制动否是111103脉冲使能是否111104斜坡函数发生器使能是否111105斜坡函数发生器启动是否111106设定值使能是否111107故障确认是否000108正向点动是否000009反向点动是否000010由PLC控制是否111111反向是否001012缺省

000013点动电位计加速是否000014点动电位计减速是否000015手动/自动是否0000连续正转的控制字为2#0000010001111111，16#047F，10#1151；连续反转的控制字为2#0000110001111111，16#0C7F，10#6177位名称功能1信号0信号

运行准备连续正转连续反转故障确认00ON/OFF1是否011001电气制动否是111102快速制动否是111103脉冲使能是否111104斜坡函数发生器使能是否111105斜坡函数发生器启动是否111106设定值使能是否111107故障确认是否000108正向点动是否000009反向点动是否000010由PLC控制是否111111反向是否001012缺省

000013点动电位计加速是否000014点动电位计减速是否000015手动/自动是否0000故障确认的控制字为2#0000010011111110=16#04FE=10#1278；同理，正向点动的控制字为16#057E；反向点动的控制字为16#067E。

HSW转速设定值的范围最大值为十六进制4000对应变频器基准频率参数P2000的设定值。16#4000=10#16384，因此，转速设定值对应频率的范围为：-16384~16384。任务实施根据任务要求，每组配备配电盘或试验台，包含：断路器（带漏电保护）、熔断器含熔芯、KTP700HMI、S7-1200PLC、G120变频器、导线；万用表、电工常用工具；任务实施分工计划表、评分评价表。请同学们根据任务和实训设备情况采用扑克牌分组法分组，完成分工计划表。组名

小组LOGO

组训

团队成员学号

角色

职责

项目分工计划表根据任务要求，请参考前面任务1.1变频器主电路接线原理图，任务2.2HMI、PLC控制G120C变频器正反转和模拟量调速电气接线原理图，设计绘制本任务电气接线原理图。本任务的网络拓扑图较为简单，HMI与PLC通过网线连接，PLC与变频器通过串口线连接。电气图和网络拓扑图设计与绘制请单独绘制网络拓扑图，或者绘制在电气原理图中。图纸绘制完成后，对照电气图检查评分表中评分标准，检查错误和不标准之处，完成表中小组自评和互评得分。评分点配分评分标准自评得分互评得分电气图和网络拓扑图设计绘制10正确设计绘制电气原理图和网络拓扑图，选择元器件，接线正确，图形符号和文字符号符合国家标准要求。每错、漏1处扣2分，不规范每处扣0.5分。

电气图和网络拓扑图设计与绘制电气图检查评分根据绘制的电气图，结合实训设备，完成设备安装与线路连接。安装和接线完成后，按照电路检查评分表中的评分标准，进行自查和互查并在表中评出分数，评分采用扣分制，每项扣完为止。电路检查评分表评分点配分评分标准自查得分互查得分元件安装1断路器、熔断器等位置安装不合理，每处扣0.5分

接线头工艺1导线必须压接接线端子，未压接每处扣0.5分

1接线端子露铜超2mm，每处扣0.5分

号码管工艺1导线两端必须套上编号合理的号码管，每少1处扣0.5分

线槽工艺1所有线垂直进线槽，盖上线槽盖，不合要求每处扣0.2分

导线工艺1导线颜色、线径等符合标准规范，不合要求酌情扣0.2-1分

保护接地1变频器应该可靠接地，没接地，扣1分

整体美观度1根据工艺连线的整体美观度酌情扣0-1分

系统初步调试2上电前安全检查，上电后初步检测元件工作是否正常，检查局部电路功能；

能够正常上电，给1分

合计

电气安装根据任务要求，结合选用变频器和电机的参数，设计通过Modbus通信控制G120变频器的参数，完成Modbus通信控制G120变频器参数表。Modbus通信控制G120变频器参数表序号参数设定值备注序号参数设定值备注1p0010

快速调试开始7P0311

电机额定转速2P0300

电机类型8P15

选择宏3P0304

电机额定电压9P2030

现场总线协议4P0305

电机额定电流10P2020

现场总线波特率5P0307

电机额定功率11P2021

现场总线地址6P0310

电机额定频率12P2040

现场总线监控时间参数设计变频器参数设计完成后，按照表变频器参数设计评分表，进行小组自评和互评。评分点配分评分标准自评得分互评得分变频器参数设计10每错1处参数扣1分，扣完为止

参数设计变频器参数设计评分表参数设置03-03-TIAPortal软件设置G120变频器Modbus通信参数视频检查电路无误后，给系统上电。完成G120变频器的参数设置并调试，将参数下载到G120变频器中。对照变频器参数设置评分表，进行自评和互评。变频器参数设置评分表评分点配分评分标准自评得分互评得分参数设置10软件设置G120参数，错误1处扣1分

参数设置PLC编程与调试03-04-Modbus通信控制G120变频器的PLC编程视频编写PLC程序，尝试读写变频器更多参数。将编写好的程序下载到PLC中，通过监控强制的方法调试程序。调试完成，演示并按照PLC编程与调试评分表进行自评和互评。评分点配分评分标准自评得分互评得分PLC编程与调试10能够实现电机的连续正反转和转速输入输出的PLC控制。不能实现或错误1处扣4分

PLC编程与调试表PLC编程与调试评分表HMI组态与调试03-05-Modbus通信控制G120变频器的HMI组态视频将触摸屏程序下载到触摸屏，先点击触摸屏“停止”按钮，再输入变频器的频率，点击“正转”和“反转”按钮。观察电机运行状态和触摸屏的输出频率。调试完成，演示并按照HMI组态与调试评分表中评分标准进行小组自评和互评。评分点配分评分标准自评得分互评得分系统运行调试10能够实现电机的连续正反转和转速输入输出。不能实现或错误1处扣4分

HMI组态与调试评分表HMI组态与