如何通過Modbus RTU協議實現S7-1200 與PAC3200的通信

西門子S7-1200 緊湊型PLC在當前的市場中有著廣泛的應用，作為經常與SENTRON PAC3200系列儀表共同使用的PLC，其Modbus通信協議的使用一直在市場上有著非常廣泛的應用。本文將主要介紹德國西門子logo調節型電源6EP3320-6SB00-0AY0 如何使用Modbus 通信協議來實現S7-1200與SENTRON PAC3200儀表的通信。

1．西門子SENTRON PAC3200 儀表介紹

西門子的SENTRON PAC3200多功能電力儀表是一種用于面板安裝的儀表，可用來計量、顯示配電系統多達50個測量變量，例如電壓、電流、功率、有功功率、頻率以及最大值、最小值和平均值。中文大屏幕圖形液晶顯示使用戶可遠距離讀表。PAC3200儀表如下圖所示。

圖1:儀表PAC3200

1.1 SENTRON PAC3200 MODBUS RTU通信擴展模塊介紹

PAC3200多功能儀表的本體沒有MODBUS RTU通信的功能，如果希望將PAC3200作為從站連接到MODBUS RTU網絡與主站進行數據交換必須選用外部擴展通信模塊――SENTRON PAC RS485模塊。(注意: PAC RS485 擴展模塊使用錯誤的固件版本時將不能工作
SENTRON PAC3200 電力監測設備的固件版本最低應為FWV2.0X。 較早的版本不支持
PAC RS485 擴展模塊。)該擴展模塊具有下列性能特點：
        ? 可通過設備正面設置參數
        ? 即插即用
        ? 支持 4.8/9.6/19.2 以及 38.4 KBd 通信傳輸速率
        ? 通過6針螺釘端子接線
        ? 不需要外接輔助電源
        ? 通過模塊上的 LED 顯示狀態

PAC3200 MODBUS RTU通信擴展模塊如下圖所示。

（1） 通信接線端子

（2） 安裝螺釘

（3） 通風口

（4） LED

圖2:PAC3200 MODBUS RTU 通信模塊

1.2 SENTRON PAC3200 MODBUS RTU通信擴展模塊的接線

SENTRON PAC3200 MODBUS RTU通信擴展模塊的接線如下圖所示

圖3:PAC3200 MODBUS RTU 通信模塊的接線圖

1. 將電纜連接到端子排上相應的螺栓端子。
2. 將電纜屏蔽層的一端連接到保護性接地PE。
3. 將信號公共端連接到保護性接地。 這樣也使得擴展模塊接地。
4. 在第一個和最后一個通信節點上，在正信號和負信號之間接入總線端接電阻器。 為
此，PAC RS485 擴展模塊中集成了一個120 Ohm 的總線端接電阻器。 如果需要其它
電阻值，請使用外部總線端接電阻器。 將它連接到第一個和最后一個通信節點。

1.3 SENTRON PAC3200 MODBUS RTU通信的方式

1．SENTRON PAC3200設備支持的功能碼如下：
 

表1: SENTRON PAC3200設備支持的功能碼

R—可讀
RW—可讀寫

2．SENTRON PAC3200 MODBUS RTU 與S7-1200進行通信
S7-1200 PLC可以通過德國西門子logo調節型電源6EP3320-6SB00-0AY0 功能代碼0x03 和0x04 訪問儀表PAC3200的被測量數據。
下表是一些PAC3200 被測量的數據。

表2: SENTRON PAC3200設備的一些被測量數據

2．西門子SENTRON PAC3200 儀表與S7-1200進行通信的接線圖

下圖是SENTRON PAC3200儀表與S7-1200進行MODBUS RTU 通信的接線圖。

圖4:S7-1200與PAC3200進行MODBUS RTU 進行通信的接線圖

3．硬件需求
S7-1200 PLC目前有3種類型的CPU：
        1）S7-1211C CPU。
        2）S7-1212C CPU。
        3）S7-1214C CPU。
這三種類型的CPU都可以使用MODBUS通信協議通過通信模塊CM1241 RS485來實現S7-1200與PAC3200儀表的通信。

本例中使用的PLC硬件為：
        1）PM1207電源 ( 6EP1 332-1SH71 )
        2） S7-1214C ( 6ES7 214 -1BE30 -0XB0 )
        3) CM1241 RS485 ( 6ES7 241 -1CH30 -0XB0 )
        4) 模擬器 ( 6ES7 274 -1XH30 -0XA0 )

本例中使用的PAC3200儀表硬件為：
        1） PAC3200 （7KM2112-0BA00-3AA0）
        2） MODBUS RTU 模塊 （7KM9300-0AB00-0AA0）
        3） MODBUS 通信電纜 ( 6XV1830-0EH10)

3．軟件需求

1) 編程軟件 Step7 Basic V10.5 ( 6ES7 822-0AA0-0YA0)

4．S7-1200 MODBUS RTU的通信方式
S7-1200作為MODBUS RTU主站的通信方式是由DATA_ADDR 和 MODE 參數來選擇 Modbus 功能類型的。
DATA_ADDR（從站中的起始 Modbus 地址）： 指定要在 Modbus 從站中訪問的數據的起始地址。MB_MASTER 使用 MODE 輸入而非功能代碼輸入。 MODE 和 Modbus 地址范圍一起確定實際 Modbus 消息中使用的功能代碼。

下表列出了 MB_MASTER 參數 MODE、Modbus 功能代碼和 Modbus 地址范圍之間的對應關系。

表3: MB_MASTER的MODBUS 功能

5．S7-1200 與PAC3200 進行MODBUS RTU的通信組態

我們通過一個實例來介紹如何在Step7 Basic V10.5 中組態S7-1214C 和PAC3200的MODBUS RTU通信。

5. 1 PLC 硬件組態

首先在Step7 Basic V10.5中建立一個項目，如圖1所示。

圖5： 新建S7 1200項目

在硬件配置中，添加CPU1214C和通信模塊CM1241 RS485模塊，如圖2所示。

圖6： S7 1200硬件配置

在CPU的屬性中，設置以太網的IP地址，建立PG與PLC的連接，如下圖所示。

圖7： S7 1200 IP地址的設置

5. 2 PAC3200參數設置
在SENTRON PAC 電力監測設備的主菜單中，調用“設置”>“RS485 模塊”，出現下面的設置畫面：

圖8： PAC3200 MODBUS RTU 通信參數的設置

1. 地址的設置范圍：1-247。本例中設為8。
2. 波特率的設置范圍：4800，9600，19200，38400。本例中設為38400。
3. 設置外部通信的數據位、奇偶校驗位及停止位：
        ? 8E1=8 個數據位，奇偶校驗位為even， 1 個停止位
        ? 8O1=8 個數據位，奇偶校驗位為odd， 1 個停止位
        ? 8N2=8 個數據位，無奇偶校驗位， 2 個停止位
        ? 8N1=8 個數據位，無奇偶校驗位， 1 個停止位
        本例中根據S7-1200 MODBUS MASTER 的參數設置為 8N1。
4. 協議的設置：可選項為：SEABUS,MODBUS RTU。
本例中設為MODBUS RTU。
5．響應時間的設置：注意與波特率的設置相匹配，本例中設為10mS。

6．S71200 與PAC3200的MODBUS RTU通信原理與編程的實現

6. 1 S7 1200 PLC與PAC3200 通過MODBUS RTU 通信的基本原理

S7 1200提供了專用的MODBUS庫進行MODBUS通信，如下圖所示：

圖9： S7 1200提供的專用MODBUS庫

西門子PLC S7-1200的模塊CM1241 RS232和CM1241 RS485都可以實現MODBUS RTU的通信，本例中采用CM1241 RS485模塊來實現與儀表PAC3200的MODBUS RTU 的通信。
S7-1200的MODBUS RTU通信的基本原理是：
首先S7-1200 PLC的程序調用一次MODBUS 庫中的功能塊MB_COMM_LOAD來組態CM1241 RS232和CM1241 RS485模塊上的端口，對端口的參數進行配置。
其次調用MODBUS 庫中的功能塊MB_MASTER或者MB_SLAVE作為MODBUS 主站或者從站與支持MODBUS協議的設備進行通信。

S7-1200 PLC作為MODUBUS 主站 與PAC3200 進行MODBUS RTU 通信的控制原理如下圖所示：

圖10：S7-1200 PLC作為MODUBUS 主站 與PAC3200 進行MODBUS RTU 通信原理

S7-1200 PLC還可以作為MODBUS子站與作為MODBUS主站之間的PLC進行MODBUS RTU通信，其控制原理如下圖所示：

SINAMICS V90 產品信息

SINAMICS V90伺服驅動和 SIMOTICS S-1FL6 伺服電機組成了性能優化，易于使用的德國西門子logo調節型電源6EP3320-6SB00-0AY0 伺服驅動系統，八種驅動類型，七種不同的電機軸高規格，功率范圍從0.05kW到7.0kW以及單相和三相的供電系統使其可以廣泛用于各行各業，如：定位，輸送，收放卷等設備中，同時該伺服系統可以與S7-1500T/S7-1500/S7-1200 進行完美配合，實現豐富的例如凸輪/齒輪等運動控制功能，應用在橫切、追剪等設備中。

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SIMOTICS S-1FL6 , 低慣量 (LI)， 適用于高動態性能

SIMOTICS S-1FL6, LI, 軸高 20, 30, 40, 50 mm

技術數據
軸高*:	20 mm, 30 mm, 40 mm, 50 mm
額定扭矩:	0.16 Nm 至 6.37 Nm
額定/最大速度:	3000 rpm / 5000 rpm
編碼器:	增量式 TTL 2500 S/R (13 位)
防護等級:	IP65
選件:	抱閘
軸類型:	光軸或平鍵

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SIMOTICS S-1FL6 , 高慣性 (HI)， 適用于平穩運行性能

SIMOTICS S-1FL6, HI, 軸高 90, 65, 45 mm

技術數據
軸高*:	45 mm, 65 mm, 90mm
額定扭矩:	1.27 Nm 至 33.40 Nm
額定/最大速度:	2000 rpm / 3000 rpm
編碼器:	增量式編碼器 TTL 2500 S/R (13 位 分辨率) 絕對值編碼器 (20 位 分辨率)
防護等級:	IP65
選件:	抱閘
軸類型:	光軸或平鍵

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SINAMICS V90 適用于 SIMOTICS S-1FL6 伺服電機, 低慣量(LI), 200 V … 240 V

SINAMICS V90 （PTI版 及PN版） 200V系列， 外形尺寸 A - D

技術數據
功率范圍:	1AC  0.05 kW … 0.75 kW 3AC  0.05 kW … 2 kW
電壓:	1AC 200 V…240 V (-15 % / +10 %) 3AC 200 V…240 V(-15 % / +10 %)
控制模式	外部脈沖位置控制（PTI版）、內部設定值位置控制、速度控制、扭矩控制
防護等級:	IP20

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SINAMICS V90 ，適用于SIMOTICS S-1FL6 伺服電機，高慣量(HI)，380 V … 480 V

SINAMICS V90 （PTI及PN版）400V系列, 外形尺寸 AA - C

技術數據
功率范圍:	3AC  0.4 kW…7 kW
電壓:	3AC  0.4 kW…7 kW
控制模式:	外部脈沖位置控制（PTI版）、內部設定值位置控制、速度控制、扭矩控制
防護等級:	IP20

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SINAMICS V90 視頻