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

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。