西门子PLC的工程应用第7讲串口通信模块在西门子PLC系统中的应用.pdf

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变频器与PLC 1概述 CP340/CP341/CP440/CP441-1/CP441-2模块是西门子 S7-300/400系列PLC中的串行通讯模块,其串行通讯口规格为 RS232C或TTY或RS485/422。用户可以使用这种通讯模块实现 S7-300/400与其他串行通讯设备的数据交换,如打印机、扫描 仪、仪表、Modbus主从站、Data Highway站、变频器,USS站 等。表1所示为部分串口通讯模块以及相关产品的技术指标。 西门子PLC的工程应用 浙江工商职业技术学院 李方园 第7讲 串口通信模块在西门子PLC系统中的应用 Application of the Serial Communication Module in Siemens PLC System 摘要:串口通讯模块在西门子PLC中占据了非常重要的作用。有了CP34x/ CP44x模块,S7 PLC才能组成规模更大、功能更完善的自动化系统。本文 主要阐述了串口通信模块在西门子PLC系统中的应用。 关键词:西门子PLC;串口通信模块;通信协议 Abstract: The serial communication module plays a very important role in Siemens PLC.With CP34x / CP44x modules. TheS7 PLC can form a larger, more full-featured automation system. This paper describes the application of the serial communication module in Siemens PLC system. Key words: Siemens PLC; Serial communicationmodule; Communication protocol 表1 串口通讯模块以及相关产品的技术指标 订货号产品名称支持的协议注释 6ES7 340-1AH01- 0AE0 S7-300 RS232C 串 行通讯模板 ASCII, 3964R, printer,USS 9针D型针接头 6ES7 340-1BH00- 0AE0 S7-300 20mA TTY 串行通讯模板 ASCII, 3964R, printer,USS 9针D型针接头 6ES7 340-1CH00- 0AE0 S7-300 RS422/485 串行通讯模板 ASCII, 3964R, printer,USS 9针D型针接头 6ES7 341-1AH0 x- 0AE0 S7-300 RS232C 串 行通讯模板 RK512, ASCII, 3964(R), Modbus Master/Slave(RTU 格式), Data Highway(DF1协 议) ,USS 9针D型针接头 6ES7 341-1BH0 x- 0AE0 S7-300 20mA TTY 串行通讯模板 RK512, ASCII, 3964(R), Modbus Master/Slave(RTU 格式), Data Highway(DF1协 议) ,USS 9针D型孔接头 6ES7 341-1CH0 x- 0AE0 S7-300 RS422/485 串行通讯模板 ASCII, Modbus Master/Slave(RTU 格式), Data Highway(DF1协 议) ,USS 15针D型孔接头 2串口通信模块的安装 当用户要实现MODBUS或Data Highway通讯时,需要在 CP341/CP441-2模块上插入相应协议的硬件狗后,CP模板才 能够支持MODBUS(RTU格式)或Data Highway(DF1)协 议,CP441-2使用同样的硬件狗,这里我们所提到的硬件狗、 Dongle、协议驱动或Loadable driver指的是同一个东西,如图1 所示。 60 AUTOMATION PANORAMA 2016.8 Column 专 栏 图1 硬件狗 MODBUS为单主站网络协议,所以系统中只能够有一个Modbus 主站,并且只能够实现主站和从站的数据交换,从站之间不能进行 数据交换。CP341插入MODBUS主站Dongle或插入从站Dongle,就可 以作为MODBUS主站,或者作为MODBUS从站,如图2所示。 插入Dongle之前 插入Dongle之后 图2 插入Dongle前后对比 一般来讲,RS232的通讯最大距离为15m,20mA TTY的 通讯最大距离为100m(主动模式)、1000m(被动模式), RS422/485的通讯最大距离位1200m。 CP34x/CP44x模块可以同时与多台串行通讯设备进行通讯,如 同时连接多个变频器、连接多个智能仪表等,如果采用ASCII码通 讯方式,需要在发送的数据包中包括站号、数据区、读写指令等 信息,供CP34x/CP44x模块所连接的从站设备鉴别数据包是发给哪 个站的,以及该数据包是对那个数据区进行的读或写的功能。 串行通讯模板只有RS232C或TTY或RS485/422 三种电气接口 类型,如果用户想实现串口的光纤通讯,只能在电子市场上购买 第三方制造的电气与光缆的转换设备,西门子不提供该类设备。 3串口通信模块CP34x调试过程 在用户计算机上首先安装STEP7 5.x软件和CP34x模板所带的 软件驱动程序,模板驱动程序包括了对CP341进行参数化的窗口 (在STEP7的硬件组态界面下可以打开)、用于串行通讯的FB程 序块、模板不同应用方式的例子程序。 当系统上电,CP34x模板初始化完成后,CP34x上的SF灯点亮。 (1)参数化CP34x模板 在硬件组态窗口中双击CP34x模板,打开CP34x模板的属性 窗口,请记下模板的硬件地址,如图3所示。 图3 硬件地址 在编写通讯程序时,用户需要该地址参数,同时可以点击属 性窗口上的Parameters(参数)按钮。 图4 选择所要使用的通讯协议 图4所示选择所要使用的通讯协议,这里选用ASCII协议,双 击信封图标。 图5 ASCII协议通讯参数设置窗口 如图5所示,弹出ASCII协议通讯参数设置窗口,这里使用默 认值:9600 bit/s, 8 data bits, 1 stop bit, even parity。对硬件组态存 盘编译,下载硬件组态,如果此时SF灯亮,请将通讯电缆与另一 个通讯伙伴进行连接后,SF灯熄灭,说明硬件组态正确。 (2)编写通讯程序 在安装完CP34x/CP44x的驱动程序,Modbus主站软件, (下转92页) 61 2016.8 AUTOMATION PANORAMA Technology技术纵横 92 AUTOMATION PANORAMA 2016.8 速,则可在变频器的控制输入端子处并接一10F电容屏蔽控制 线路中的干扰源。 2.3过电压故障 此故障常发生在机组启动及减速制动时,过压原因大都与中 间回路及制动环节有关。 在热电厂中,锅炉引风机停止再启动时,因风叶惯性仍在较 快速转动中,则电动机转速大于变频器启动时的输出转速,电动 机就产生发电效应,给变频器充电,产生过电压故障。 多台水泵母管制供水系统中,在其中一台水泵停止过程中若 管道中水流逆向流入,推动泵的叶轮转动,也会产生电动机的电 能反馈,造成过电压故障。 其它引起原因: (1)电源电压过高,一般超过345V以上; (2)制动电阻值过大或损坏,无法及时释放回馈的能量而 造成过电压; (3)中间回路滤波电容失效(电容较小)或检测电路故 障。此电容器为铝电解电容,从物理特性上看,其性能将逐年 劣化。另外环境温度、负载及使用时间都会对其寿命产生较大影 响。检查期限至少一年一次,查电容器有否液体漏露,保险阀是 否正常,外壳有无变形及裂痕,测量静电容量是否在额定容量的 85以下。一般五年应更换一次; (4)变频器所设定的加、减速时间过短。 2.4低电压故障 一般主要因交流电源电压过低或缺相。或变频器距离电源较 远,线路阻抗过大,达到一定运行电流后,变压器及线路压降过 大也会降低变频器的输入电源电压。这些因素应在安装前进行充 分考虑以避免。 变频器整流桥二极管损坏使整流电压降低。可依据上述“检 查变频器主电路主功率模块的方法”进行检查更换。 参考文献: 1 彭立民. 浅析高压变频器在电厂中的应用J. 科技展望. 2016, (14) : 112. 2 周桃. 变频器的集成故障诊断与容错控制D. 哈尔滨: 哈尔滨工业大学. 2013. 3 于泳,蒋生成,杨荣峰. 变频器 IGBT 开路故障诊断方法J. 中国电机工 程学报. 2011, 31 (9) : 30 - 35. 4 徐殿国,刘晓峰,于泳. 变频器故障诊断及容错控制研究综述J. 电工 技术学报. 2015, 30 (21) : 1 - 12. 作者简介 徐晖(1969-),女,江苏常州人,工程师,本科,现任常州热 电有限公司电气专业工程师。 (上接61页) Modbus从站软件等3个软件后,用户可以在目录.Siemens STEP7Examples当中找到关于CP34x/CP44x的串口通讯和Modbus 通讯的例子程序,通过在STEP7软件的SIMATIC Manager下打开 例子程序。用户可以使用CP341串口例子程序中3964(R)站 中的程 序块实现ASCII通讯协议。 打开CPU下的Blocks文件夹,复制所有的程序块(除过system data)到项目当中,只要作一些简单的参数修改,就可以实现相应 的通讯了,如果用户的CP34x的硬件地址与例子程序当中的不同, 那么应当修改相应程序块LADDR参数,CP34x/CP44x模块实际的 硬件组态地址值相同,修改后,下载程序块,将CPU切换至运行 状态,CP34x开始循环发送数据,可以看到“TxD”灯闪烁。 如图6所示,调用FB7/FB8(CP341)或FB2/FB3(CP340)实现模 块的字符收发功能。 图6 模块的字符收发功能 4结语 调试CP34x的一个基本方法是采用PC机上的串口通讯调试软 件,Windows系统自带的超级终端(Hyper Terminal)软件是一 个非常方便的串口调试工具,用电缆将CP34x的通讯口和PC机的 Com口(RS232C)连接起来,如果用户采用的是485/422或TYY 接口的模块,那还需在中间加一个RS485 RS232或TYY RS232信 号转换器。 参考文献: 1 周柏青, 李方园. PLC控制系统设计与应用M. 北京:中国电力出版社. 2015. 2 李方园, 杨帆.西门子S7 PLC应用简明教程M. 北京:机械工业出版社. 2013. 3 李方园. 图解西门子S7-1200 PLC入门到实践M. 北京:机械工业出版 社. 2011. 作者简介 李方园(1973-),男,浙江舟山人,高级工程师,毕业于浙 江工业大学信息学院工程硕士专业,长期从事于变频器等现代工 控产品的应用与研究工作,现就职于浙江工商职业技术学院。
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