西门子6ES7 214-1BG40-0XB0安装调试

在工业控制系统中，PLC作为一种稳定可靠的控制器已经得到了广泛的应用。但是由于中小型PLC的人机接口功能不很完善，不能提供给用户一个友好的交互界面，因此妨碍了对现场运行过程的跟踪与监控。

PLC实际工作中，通常人们采用4种装置为PLC配置人机界面：编程终端、显示终端、工作站及个人计算机。编程终端主要用于编程与调试，其监控功能相对较弱。显示终端的功能比较单一，主要用作现场显示。工作站系统很受用户欢迎，它功能全面、使用简单，但由于要配置**组态软件，因而价格比较昂贵。个人计算机可配备多种**语言，提供优良的软件平台，开发各种应用系统，特别是动态画面显示等，与PLC相结合组成一套PC-PLC监控管理系统，能够充分发挥它们各自的优点。但是在该系统中，关键的问题就是通信，用户对此须做较多的开发工作。

本文详细阐述了PC与PLC互连通信的一般方法，并以永宏公司的FATEK-FBS PLC为对象，以实际四层电梯模型监控系统为例，介绍了利用大家都熟悉的编程语言Visual Basic 和Step7，实现PLC与上位计算机实时通信的通信过程。

2 通信方式

面对众多生产厂家的各种类型PLC，它们各有优缺点，能够满足用户的各种需求，但在形态、组成、功能、编程等方面各不相同，没有一个统一的标准，各厂家制订的通信协议也千差万别。目前，人们主要采用以下三种方式实现PLC与PC的互联通信：

(1) 通过使用PLC开发商提供的系统协议和网络适配器，来实现PLC与PC机的互联通信。但是由于其通信协议是不公开的，因此互联通信必须使用PLC开发商提供的上位机组态软件，并采用支持相应协议的外设。可以说这种方式是PLC开发商为自己的产品量身定作的，因此难以满足不同用户的需求。

(2) 使用目前通用的上位机组态软件，如组态王、InTouch、WinCC、力控等，来实现PLC与PC机的互连通信。组态软件以其功能强大、界面友好、开发简洁等优点目前在PC监控领域已经得到了广泛的应用，但是一般价格比较昂贵。组态软件本身并不具备直接访问PLC寄存器或其它智能仪表的能力,必须借助I/O驱动程序来实现。也就是说，I/O驱动程序是组态软件与PLC或其它智能仪表等设备交互信息的桥梁，负责从设备采集实时数据并将操作命令下达给设备，它的可靠性将直接影响组态软件的性能。但是在大多数情况下，I/O驱动程序是与设备相关的，即针对某种PLC的驱动程序不能驱动其它种类的PLC，因此组态软件的灵活性也受到了一定的限制。

(3) 利用PLC厂商所提供的标准通信端口和由用户自定义的自由口通信方式来实现PLC与PC机的互连通信。这种方式由用户定义通信协议，不需要增加投资，灵活性好，特别适合于小规模的控制系统。

通过上述分析不难得出，掌握如何利用PLC厂商提供的标准通信端口和自由口通信方式以及大家所熟悉的编程语言来实现PC与PLC之间的实时通信是非常必要的。

3 FATEK-FBS PLC通信方式及原理

FATEK-FBS PLC内部集成的PPI接口为用户提供了强大的通信功能，可在多种模式下工作：PPI、Profibus-DP、自由口方式等。其中自由口通信方式*具有特色，通信协议可完全由梯形图程序控制，通过它可以实现PLC与任何具有通信能力的设备进行互连，因而在本系统中选用自由口通信方式。

目前PLC与PC机的链接通信有两种方式，一种是PC机始终处于主导地位，数据的传送都由PC机定时发出命令，另外一种是PLC始终具有优先权。在本电梯模型监控系统中所有的控制信号均为开关量信号，考虑到上位PC机仅实时显示电梯的运行状态，不需向PLC发送控制指令，采用第二种通信方式。利用PLC循环扫描的特点，设备状态一旦改变，PLC立即检测到，并将反映系统状态变化的数据存入指定的数据缓冲区，通过XMT发送指令，将数据通过COM口发至上位机。每个系统的状态对应于数据缓冲区中的一个指定字节，所存储数据均为16进制数据，为保证通信过程的可靠性，上位机对所接受到的数据进行首尾字符校验，如果校验成功，则说明接收到的首末字节之间的数据是正确的，从而进行处理，否则，放弃这批数据，要求对方重发。

4 应用实例与程序设计

(1) 系统构成

FATEK-FBS PLC内部集成的PPI接口物理特性为RS485，而上位机的标准串口为RS232，为了实现两者的通信必须进行协议转换，永宏公司提供的PC/PPI电缆带有RS232/RS485电平转换器，因此再不增加任何硬件的情况下，可以方便的实现二者的互联和协议转换。

作为控制器的FATEK-FBS PLC利用电梯模型自带的电源线实现与四层电梯模型的互连，该电梯模型为教学试验装置，具备一般电梯的基本功能。

1．引言
虽然变频器广泛应用于各行各业，但因其显示面板简单，且在对数据的处理、计算、保存等方面存在弱点，在一定程度上影响了变频器在复杂控制系统中的应用。不过，通讯技术与变频器相结合可以弥补这些缺点，可以利用PLC与变频器之间的通讯功能实现远程控制，同时增强了变频器对数据处理，故障报警等方面的功能。
本文以污水处理控制系统为例，介绍利用MODBUS通讯协议实现永宏PLC控制3台变频器运行系统，使得电机转速、方向、转矩以及变频器运行参数等控制变得十分容易和**。先前的控制是采用3台变频器分别控制3台牵引电机，其转速给定是由操作面板上的操作电位器的旋转给变频器一个0——10V的电流信号，这种方式缺点是：（1）各变频器运行参数无法准确在运行中获得；（2）控制电位器由于经常旋转操作频繁，使得故障率增高；（3）由于变频器一般安装在控制柜中，较难得到其面板上的频率信息；（4）改变其运行参数，需手动多次调试；（5）自动化程度不高。因此，必需在控制方式上加以改进，采用PLC控制，利用MODBUS通讯实现用PLC控制和监控变频器的运行。
2．相关系统构成及配置
系统采用台湾永宏股份电机有限公司的FBs-60MCT型PLC作为主控制器；

TVF2000系列变频器用于传动控制；HITECH PWS3261触摸屏用于人-机信息交换。相关系统构成框图如图1所示。在该系统中，PLC的Port 2和变频器构成MODBUS总线，通过PLC去控制三台变频器完成系统控制需要，实现对变频器的速度设定、运行状态监控及参数交换等。
3．ModBus通讯协议
ModBus通讯协议，是一种串行的、非同步的主从通讯协议，网络中只有一个设备能够建立协议，其它的设备只能通过提供数据响应主机的查询，或根据查询做出相应的动作。ModBus协议定义了主机查询的格式，其包括：主从机的编址方法（或广播），要求动作的功能代码，传输数据和错误校验等，或不能完成主机要求的动作，它将组织一个故障作为响应。MODBUS协议不需要特别的接口，典型的物理接口是RS485。在MODBUS通讯网络中，一般提供中ASCII和RTU两种通讯模式。
本控制系统中，永宏PLC支持MODBUS协议，可以灵活运用ASCII和RTU两种通讯模式，TVF2000变频器支持MODBUS中的RTU通讯模式。
4．系统实现
本控制系统主要以MODBUS通讯控制实现。因此，主控设备和受控设备必须都支持MODBUS协议，永宏PLC提供了方便快捷的MODBUS MASTER表格，直观易懂，如图2所示。其中，第0，2，4笔资料为分别写入1#2#3#变频器控制字和给定值1；第1，3，5笔资料为读取1#2#3#变频器的状态字。

时代TVF2000系列变频器可通过串行RS485总线与外部PLC控制系统进行通讯，通讯协议为MODBUS的RTU形式，其控制命令和给定频率全部来自MODBUS通讯，其RS485总线结构如图3所示。TVF2000变频器的寄存器40001为控制字，寄存器40002为给定值1，寄存器40004为状态字，寄存器40005为实际值。其相关参数设置如下：
5005=2 ——MODBUS通讯；
5201=1，2，3——变频器站号；
5202=5 ——波特率为9600bps；
5203=0 ——无校验；
5003=1.0 ——通讯超时时间；
1001=10 ——外部命令1为通讯控制；
1003=3 ——电机正反转控制；
1104=0.1 ——频率给定*小单位0.1HZ;
1105=50 －－－－-*大给定频率为50HZ;
1601=7 －－－－－－为通讯允许运行;
1604=7 －－－－－－为故障通讯复位.

TVF2000的菜单参数被一一影射为MODBUS协议的寄存器,MODBUS通讯对各寄存器的操作,即实现了对TVF2000中与寄存器对应的菜单参数的操作.对应的命令寄存器为40001,其中每一位控制的具体内容如图4所示.

对每一台变频器进行控制时,通过HITECH触摸屏给定起停信息,变频器的位置信息如下:
第一步,40001=0000 0000 0000 0110B 变频器进入通讯控制就绪状态;
第二,40001=0000 0000 0000 0111B 变频器进入准备状态;
第三,40001=0000 0000 0000 1111B 发上升沿脉冲进入运行允许状态;
第四,40001=0000 0000 0010 1111B 启动变频器;
第五,40001=0000 0000 0110 1111B 按给定频率值运行.
同时,通过对存储寄存器40004(状态字)读取,可获得变频器的运行状态等信息,然后通过触摸屏显示界面,操作人员可以直观地了解变频器运行信息.40004的位址内容如图5所示.

5．程序设计
ORG M1924
FUN 08 7,R1000
FUN 08 7,R1100
FUN 08 7,R1200 ／＊变频器就绪*/
ORG M1962
FUN 150P 2,R5800,R5900 ／＊MODBUS通讯工作命令设定*/
ORG M10
FUN 08P 47,R1000
FUN T10 100
AND T10
FUN 08P 111,R1000 ／＊启动1#变频器*/
ORG M11
FUN 08P 7,R1000 ／＊停止1#变频器*/
ORG M12
FUN 08P 47,R1100
FUN T11 100
AND T11
FUN 08P 111,R1100 ／＊启动2#变频器*/
ORG M13
FUN 08P 7,R1100 ／＊停止2#变频器*/
ORG M14
FUN 08P 47,R1200
FUN T12 100
AND T12
FUN 08P 111,R1200 ／＊启动3#变频器*/
ORG M15
FUN 08P 15,R1200 ／＊停止3#变频器*/
6．结束语
利用MODBUS通过PLC来控制多台TVF2000变频器的运行,从满足生产设备各种不同场合和要求的需要.与原系统相比,在极大程度上提高了自动化程度,使控制变得简单和**;而与PLC+D/A模块这一传统的控制模式相比,虽然同样可以达到控制要求,但从经济上考虑,我们一般无法接受昂贵的D/A模块,在同时控制多台变频器时,将使变得系统十分庞大,不利于系统的维护;因而,采用MODBUS等总线结构来实现生产设备控制要求,是工业控制的一种趋势.同时,随着变频技术与计算机通讯技术相结合,PLC和变频器的通讯控制将更加广泛应用于工业控制中.本文笔者多次设计相关系统运用于污水处理系统,食品、药品和化妆品等包装系统中,自动化程度大大提高,系统运行故障率则大大减少，是值得推广和应用的传动控制系统。