基于S7-200Smart与西门子V20变频器的Modbus RTU通信控制电机起停及读写参数

1.系统配置

1.1软件

安装STEP 7-MicroWIN SMART（标配Modbus RTU协议库）软件的PC机，本应用测试使用S7-200Smart PLC编程软件STEP 7-MicroWIN SMART版本为V2.8。本测试Modbus RTU通信引入奇校验控制变频器频率、启停和运行故障监测，增加通信可靠性。

1.2硬件

⑴西门子S7-200 Smart PLC型号：ST30，货号：6ES7288-1ST30-0AA1；

⑵西门子V20变频器型号：6SL3210-5BE15-5UV0，0.55kW；

⑶异步电动机一台（自选，电机功率不得大于变频器驱动功率。可不选，参考变频器运行状态，但报A922故障后变频器停机）；

⑷用于Modbus RTU通信的9针通信公头串口。

2.硬件接线

2.1西门子V20变频器供电接线

三相V20变频器动力电硬件接线端子主要包括：

⑴变频器进线：L1、L2/N、L3和PE（单相变频器则为L1、L2/N和PE，需接入单相电测试）需接入三相电才能测试；

⑵电机接线：U、V、W和PE；

⑶Modbus RTU通信接线：参见连接宏Cn011设置，通讯端子P+和N-。

2.2 V20变频与门子S7-200Smart PLC接线

西门子S7-200 Smart与单台V20变频器RS485接口硬件如下：

西门子PLC Modbus RTU通信与多台V20变频器硬件接线如下，连接接口定义如下表所示：

RS485 Modbus RTU通讯最多设置31台从站，必须在位于总线一端装置的总线端子（P+， N-）之间连接一个120R的总线终端电阻，在位于总线另一端的装置的总线端子之间连接一个终端网络。终端网络由10V与P+端子间的1.5k电阻、P+与N-端子间的120R电阻以及N-与0V端子间的470R电阻组成，终端网络货号：6SL3255-0VC00-0HA0。主站PLC支持RS485 通信，其0V接引脚2（24V 返回）或接引脚5(5V返回)，此外注意保持主站和最后一个中断网络不能断电，否则通信网络将发生异常（PLC通信端子2/5端必须与变频器0V作等位连接，否则 Modbus RTU 通信易受干扰）。

3.V20变频器设置

3.1 V20变频器连接宏-Cn011介绍

V20变频器USS通信连接宏-Cn011设置及其参数介绍如下图和下表：

连接宏-Cn011参数设置：

注意事项：

⑴V20变频器在出厂首次设置Cn011后，上述参数自动设置（Modbus TRU通讯协议，波特率9600bps，Modbus地址1，通讯超时1s，偶校验，1个停止位（偶校验和1个停止位首次设置为一致，后续更改需注意））；

⑵调试变频器时，连接宏设置为一次性设置。在更改上次的连接宏设置前，务必执行以下操作：

①重新进行快速调试操作并更改连接宏和重启V20变频器；

②对变频器设置通常需要获取专家模式权限，专家访问权限P0003=3设置方法如下：

按“”键选择参数P0003，按“”键进入In000，按“”或“”键选择3，再次按按“”键确认设置。按“”键返回参数P0003。

③对变频器进行工厂复位（P0010=30，P0970=1），连接宏Cn010和Cn011中所涉及的通讯参数P2010、P2011、P2021及P2023无法通过工厂复位来自动复位。如有必要，请手动复位这些参数。更改连接宏Cn010和Cn011中的参数P2023后，须对变频器重新上电。在此过程中，请在变频器断电后等待数秒，确保LED灯熄灭或显示屏空白后方可再次接通电源；

⑶使用Cn011宏指令设置后，V20变频器在PLC通信测试故障（数值3），检查变频器P2034值为0（无检验），改为P2034=2如上图为偶校验。P2035值为2（两个停止位），改为P2035=1如上图为1个停止位（与200Smart PLC一致，仅支持1个停止位）。P2014该宏指令下默认100，用于变频器通信中断监测，保证通信控制安全。建议设为P2014=1500或更大（多台V20变频器Modbus RTU通信P2014值可能达到9000），否则易报F72（特别是设备上电运行时）故障。

⑷多台变频器Modbus RTU通信时需按顺序配置地址P2021[0]依次设置1、2、3、…、32，需要配置“RS485终端电阻”和“RS485终端网络”，规格如前所述。

3.2 V20变频器连接宏-Cn011设置

V20变频器默认为首次设置步骤如下，Modbus RTU连接宏-Cn011设置，进入-Cn000方式如下图所示：

在进入-Cn000（说明：连接宏前无“-”表示可设置的连接宏，有“-”表示当前选定的连接宏）后，按照如下图所示方法将Cn011设置为当前选定的连接宏-Cn011，按OK确认即“Cn011”显示“-Cn011”，常按M返回到运行界面，此时指示灯绿色常亮。

此外，V20变频器设置宏指令成功后，上图指示灯应有绿色闪烁（调试模式）变为绿色常亮（准备就绪）状态。

3.3 V20变频器电机参数设置

V20 变频器电机主要参数设置如下（表中“●”表明此参数的值必须按照电机铭牌数据进行设置）：

注意事项：

⑴P0100为客户设备电源供电频率；

⑵P0310为电机铭牌标注的额定电机频率，在供电频率为50Hz（P0100=50Hz）时，电机铭牌额定频率为60Hz时，则应设置P0310=60Hz，即与电机铭牌额定频率一致，否则电机负载电流明显增大，电机存在发热；

⑶电机频率与电机负载电流之间无直接关系；

⑷变频器在就绪状态（P0010=0,绿色指示灯常亮）电机参数不可更改，只有在快速调试状态可更改电机参数（P0010=1，绿色指示灯闪烁）。

3.4 V20变频器能耗制动

V20变频器能耗制动参见《西门子S7-200 SMART PLC与4台V20变频器USS通信的方法》相关内容。

3.5 V20变频器Modbus RTU通信地址

常用Modbus RTU通信地址如下表所示：

其中：

⑴变频器启停及故障复位（r0054.0…15）

变频器控制字40100如下表，用于变频器的启、停（V20变频器启动前必须先停止（16#047E）才能启动（16#047F））和故障复位：

⑵变频器速度设定

变频器默认情况下，对应速度设定值40101中数值和频率关系为327.68对应1Hz。

⑶变频器状态监测（参考r0052.0…15）

变频器状态字40110用于变频器故障监测，如下图r0052.0…15状态字定义：

此外，本测获取的状态字（VW200）如下表可知，状态字的高低字节需要对调，也即变频器的故障和报警监测位于该字的高字节，即V201.3为变频器故障监测，V201.7为报警监测。

4.S7-200Smart PLC与V20变频器Modbus RTU通信地址

综上S7-200Smart PLC控制V20变频器常用通信及控制参数如下：

5.PLC编程

5.1PLC编程及设置如下：

⑴PLC编程

以上为S7-200Smart PLC从站（单台）的Modbus RTU通讯应用程序，与控制相关的变量及功能总结如下：

①频率设置：VW100；

②启停控制：M1.1；

③故障复位：V21.4；

④故障监测：M0.3。

⑵PLC设置（分配库存储区）

在编译程序之前，首先要为Modbus库分配可用的全局V存储器地址，如下图所示:

第一步：选择“程序块”右键，选择“库存储区”；

第二步：点击“建议地址”，选择 V 存储器的地址；

第三步：点击“确定”退出。

5.2部分程序解析

⑴初始化及循环左移轮询

本轮询好处是从站任意通信完成即可触发该双字左移1位，某一从站通信故障不影响本系统与其它从站通信，同时设置PLC轮询失败重复次数为0，轮询失败为触发PLC控制变频器停机创造条件以及变频器通讯超时停机设置，共同保证基于Modbus RTU通信控制变频器运行的安全性，通过循环左移指令最大可实现32个从站轮询。

⑵Modbus RTU通讯初始化

如上图采用PLC库中MBUS_CTRL模块进行Modbus RTU 通信初始化，1个主从站系统中只调用1个MBUS_CTRL模块，各端口介绍如下：

⑵从站读写操作

如上图采用PLC库中MBUS_MSG模块进行从站的指令控制，1个主从站系统中可以调用多个MBUS_MSG模块，各端口介绍如下：