S7-200与三菱变频器串行通信毕业论文概要

毕业论文课题：S7-200对三菱变频器远程控制摘要随着计算机网络技术的发展及工厂自动化程度的不断提高，开放性和多功能的网络通 信要求成为了 PLC的必备条件。在实际应用中,PLC主机与扩展模块之间 要进行信息交换，PLC主机与其他主机或其他设备之间也经常进行信息交换。所以通过这次课题的设计对PLC与变频器之间的通信方式得到一个初步的认识，这次的 课题主要学习S7-200与三菱变频器之间最基本的通信方式。通过查阅资料把课题 拟定，S7-200与三菱变频器串行口通信研究。定好课题开始学习S7-200以及三菱变频器的通信格式，由PLC发出启动、停止、运行频率 等指令，来控制变频器的运 转及频率输出。在导师指导下经过多次修改、调试定下程序的梯 形图。通过这次课题设计提高了自己独立工作的能力和创造力，加强了对基础及专业的运用 能力，让 我对PLC又加深一步的了解。PLC作为工业自动控制的核心部分，单机编程和维 护相对简单一点，而工业网络通信要求同时兼顾稳定性、快速性、灵活性及与第三方设备的兼容性，所以工业网络通信成为工业自动化系统设置及实施的难点。变频器与PLC在自由口模式下通信，具有很大的灵活性，方便了工程应用。AbstractWith the developme nt of computer n etwork tech no logy and factory automati on degree rise ceaselessly, Ope n and multi fun ctio n n etwork com muni cati on requireme nts of PLC become the esse ntial con diti on .In practical applicatio n, the PLC host and exte nsion module to excha nge in formati on betwee n PLC host and other host, or other equipme nt also ofte n excha nge in formatio n. So through this topic desig n of com muni cati on betwee n PLC and frequency converter means to get a preliminary understanding, this topic mainly to learn S7-200 and Mitsubishi In verter betwee n the most basic means of com muni cati on. Access to in formatio n through the research protocol, S7-200 and Mitsubishi In verter serial port com muni cati on research. Set the task started lear ning S7-200 and MitsubishiInv erter com muni cati on format, by the PLC to start, stop, r un the freque ncy of such in structi on, to con trol the in verter operati on and freque ncy output. I n un der the guida nee of a men tor after several modificati ons, debugg ing set program ladder chart. Through this topic design improves their ability to work independently and creativity, strengthen the basic and professi onal skills, let I to PLC and to deepe n the un dersta nding of one pace. PLC as the core part of in dustrial automatic con trol, si ngle program ming and maintenance of relatively simple, while the in dustrial n etwork com muni cati on requirements of both stability, rapidity, flexibility and compatibility with third party equipme nt, so the in dustrial com muni cati on n etworks become in dustrial automati on system sett ings andthe difficulties of impleme ntatio n. Freque ncy con verter and PLC in free port mode of com muni cati on, it has great flexibility, convenient for engin eeri ng applicati on.目录摘要I AbstractI目录第一章绪论1 1.1串行通信基本概念及特点 11.2串行通信的分类1 通信协议 2通信设备3第二章PLC的自由口串行通信52.1自由口指令及应用5 2.1自由口指令 52.1相关寄存器及标志52.2 PLC的格式设定7第三章 变频器通信（本章由单璐所作 8 3.串行通讯功能8 3变频器通信格式第四章程序13 4流程图13 4.2 PI连接变频器带动电动机启动接线图 14 4.指令表14 4梯形图第五章结论30 5结论30谢参考资料32第一章绪论1.1串行通信基本概念及特点串行通信是将数据字节分成一位一位的形式在一条传输线上逐个地传送按收设备8位顺次传送DOD7串行通信的特点：传输线少，长距离传送时成本低，且可以利用电话网等现 成的 设备，但数据的传送控制比并行通信复杂。1.2串行通信的分类异步通信与同步通信1、异步通信异步通信是指通信的发送与接收设备使用各自的时钟控制数据的发送和接收过程。为使双方的收发协调，要求发送和接收设备的时钟尽可能一致。图1-2异步通信的发送与接受方式异步通信是以字符（构成的帧为单位进行传输，字符与字符之间的间隙（时间 间隔是任意的，但每个字符中的各位是以固定的时间传送的，即字符之间不一定有 位间隔”的整数倍的关系，但同一字符内的各位之间的距离均为位间隔”的整数倍。异步通信的特点：不要求收发双方时钟的严格一致，实现容易,设备开销较小，但 每个字符要附加23位用于起止位，各帧之间还有间隔，因此传输效率不高。2、同 步通信按收设離DOD78位顺次传送同步通信时要建立发送方时钟对接收方时钟的直接控制，使双方达到完全同步。此时,传输数据的位之间的距离均为 位间隔”的整数倍，同时传送的字符 间不留间隙，即保持位同步关系，也保持字符同步关系。 发送方对接收方的同步 可以通过两种方法实现。通信协议西门子产品所用的通信协议包括通用协议和公司专用协议。不同形式的通信可以分别使用相应的协议。一通用协议通用协议主要是Ethernet协议，用于管理级的信息交换。二公司专用协议S7-200支持多种通信协议，协议定义了主站与从站两类通信设备。主站可 以对 网络上另一台设备发出初始化申请，从站只是响应来自主站的申请。 主、从站间 的专用通信协议有以下三个标准协议和一个自由口协议。三PPI协议PPI（Poi nt-to-Poi nt In terface协议勇于点对点接口 ,它是一个主/从协议。其特点 是当主站向从站发送申请或查询时，从站才对其响应，从站不进行信息初 始化。主站可以是其他CPU主机（如 S7-300等、SIMATIC编程器或TD200文本显 示器等。网络中的所有S7-200都默认为从站。S7-200系列中的一些CPU模块如果在用户程序中允许 PPI主站模式，则在方式 下可以作为主站。此时可以利用相关的通信指令（如NETR、NETW来读写其他CPU主机,同时它还可以作为从站来响应其他主站的申请或查询。对于任何一个从站有多少个主站和它通信,PPI并没有限制，但在网络中最 多只能有32 个主站。四自由口协议自由口协议是指通过用户程序控制 CPU主机的通信端口的操作模式来进行通 信。当选择自由口模式且主机处于 RUN方式下，用户可通过发送/接收中断、发 送 /接收指令编写的切换到正常的 PPI协议操作。通信协议完全由用户程序控制，通过SMB30（通信口 0可设置自由口通信式。五MPI协议MPI（Multi-Poi nt In terface协议适用于多点接口，可以是主/主协议或主/从协议, 协议操作有赖于设备类型。S7-300都默认为网络主站，如果网络中只有S7-300则建立主/主连接。如果设 备中有S7-200,则可建立主/从连接。MPI协议用于两个相互通信的设备之间建立连接。这种连接可以是两个设备 之间的非公用连接，连接数量有一定限制。主站可在需要时短时间内建立一个连 接,或是无限期地保持断开连接。运行时另一个主站不能干涉已经建立连接的两 个设备。由于设备之间S7-200的连接是非公用的，并且需要CPU中的资源，所以每个 S7-200只能支持四个连接,但每个EM277PROFIBUS-DP模块支持六个连接。 每个 S7-200和EM277模块保留两个连接，其中一个给SIMATIC编程器或计算机，另一个 给操作面板。这些保留的连接不能由其他类型的主站（如CPU使用。六PROFIBUS 协议PROFIBUS协议用于分布式I/O设备（远程I/O的高速通信。该协议的网络 使 用RS-485标准双绞线，适合多段、远距离高速通信。PROFIBUS网络通常有一个 主站和几个I/O从站。主站初始化网络并核对网络上的从站设备和配置是否匹 配。主站连续地把输出数据写到从站并从它们读取输入数据。当DP主站成功地组态一个从站时，它就拥有该从站。如果网络中有第二个主站，它只能很有限地 访 问第一个主站的从站。PROFIBUS协议允许在一个网络段上最多连接 32台设备。根据波特率的不同 网络段的长度可以达到1200m，如采用中继器，则可在网络上连接更多的设备，网络 的长度也可延长到9600m.以上这三个标准协议是基于 OSI的七层通信结构模型,PPI和MPI协议通过令 牌逻辑环网实现。这些都是异步、基于字符的协议，带有1个起始位、8个数据 位、1个偶校验位和1个停止位。通信帧由特殊的起始和结束字符、 源和目的站 地址、帧长度和数据完整性检查组成。只要相互波特率相同，三个协议可以在一个网络中同时运行，而不会相互影响。协议支持一个网络上的 127个地址（从 0到126。为了使通信成功,网络上的所以设备必须具有不同的地址。 IMATIC编 程器和计算机的默认地址是 0,操作面板（如TD200、P15的默认地址是1, PLC的默 认地址是2,可运行STEP7-Micro/WIN32修改地址。通信设备（一通信口 ：S7-200主机带有一个或两个串行口通信，其通信口是符合EN50170欧洲标准中PROFIBUS标准的RS-485兼容9针D型接口。接口引脚如下图所示图1-3 RS-485引脚端子标记端了名称功能TRA数据收发端子(+)用RS485通信接口与计算机连接时,请连接M + H信号端子TRB数据收发端T(-)用RS485通信接口与计算机连接时，请连接M信号端子RXR终端端子用RS485通信接口与计算机连接多个变频器 时，仅最末尾的变频器连接FRB端子RXR端子表1-4 RS-485通信接口第二章PLC的自由口串行通信2.1自由口指令及应用自由口指令自由口通信指令包括：自由口发送(XMT指令和自由口接收(RCV指令,如图2-1图2-1自由口通信指令发送（XMT指令:允许输入端EN有效时，指令初始化通信操作，通过指令 端口 （PORT将数据缓冲区（TBL发送到远程设备。数据缓冲区的第一个字节 定义发送的 字节数。接收（RCV指令:允许输入端EN有效时，指令初始化通信操作，通过指定 端口 （PORT从远程设备上读取数据存储于数据缓冲区（TBL。数据缓冲区的第一个字节 定义接收的字符数。接收缓冲区和发送区数据格式如下，其中，起始字符”与 结束字符”是可选项。字符数起始字符数据区结束7符NETR、NETW 指令中合法的操作数:TBL可以是 VB、IB、QB、MB、 SB、SMB、*VD、*AC 和 *LD,数据类型为 BYTE ; PORT 为常数（CPU221、 CPU222、CPU224 模块为1; CPU226、CPU226XM模块为0和1，数据类型为BYTE。相关寄存器及标志1. 控制寄存器如下表2-2所示字符数 1起始字符数拥区结束字符端丨 1 0 (PORTO)端口l(PORTl)描述SMB 3016#0900001001SMB130PPDBBBMMPP：奇偶选择00：无奇偶校验D:每个字符的数据位0；每个字符8位BBB: H 由口波特率（bit/s）010:9600表2-22. 特殊标志位及中断接收字符中断：中断事件号为8（端口 0和25（端口 1。发送信息完成中断 冲断事件号为9（端口 0和26（端口 1。接收信息完成中断 冲断事件号为23（端口 0和24（端口 1。发送结束标志位SM4.5和SM4.6:分别用来标志端口 0和端口 1发送空闲状 态, 发送空闲位置1.3. 特殊功能寄存器执行接收（RCV指令时用到一系列特殊功能寄存器。对端口0用SMB86到SMB94;对端口 1 用 SMB186 至U SMB194。（一用XMT指令发送数据用XMT指令可以方便地发送1255个字符,如果有一个中断服务程序接连到 发送结束事件上，在发送完缓冲区的最后一个字符时，会产生一个发送中断（对端口 0为中断事件9,对端口 1为中断事件26。可以通过检验发送完状态位 SM4.5或 SM4.6的变化，判断发送是否完成。ci： firin iyizS1BB7SMB187接收信息控制字节en sc ec il c/v tnr bkQ16WF01I1100DQen1:允许按收侑忌SC It使用SMBS9哑SMB】的 的fflf：诩屈始b，U ec 1：便阳的或SKB1的 的值梆葛结观仁息 u 1快JU aoreo戍ymso的個口灣它用状搖C/. o：宝时器吧7持吋趙时定时蛊tmr % 側略 SMW92 哑 SW193 bk 0i恕烙break篆杵 中用和卜起始字符jil=l sc=l,bim5MW9O皿SMW190） 0SMBSS2ASMB1EB信息的起始字符2A00SMB189信息的端瘪字符0D5W190空團吋M 1按醇改电5msSIB9414SIC191整搖ifi!角嚴火字荷畝门-廉5廿）14如果将字符数设置为0并执行XMT指令,可以产生一个break状态，这个break 状态可以在线上持续一段特定的时间，这段时间是以当前波特率传输16位数据所需 要的时间。发送break的操作与发送其他信息一样，发送break的操作完成时也会 产生一个发送中断,SM4.5或SM4.6反映发送操作的当前状态。（二用RCV指令接 收数据用RCV指令可方便地接收一个或多个字符,最多可达255个字符。如果有一 个中断服务程序连接到接收信息完成事件上，在接收完最后一个字符时，会产生一 个接收中断（对端口 0为中断事件23对端口 1为中断事件24。接收信息状态寄存器SMB86或SMB186反映执行RCV指令的当前状态：当RCV指令未被激活或已被终止时，它们不为0；当接收正在进行时，它们为0。（三用接收 字符中断接收数据自由口协议支持用接收字符中断控制来接收数据。端口每接收一个字符 会产生一个 中断;端口 0产生中断事件8;端口 1产生中断 事件25。在执行连接到 接收字符中断事件上的中断程序前，接收到的字符存储在SMB2中,奇偶校验状态 （如果允许奇偶校验存在SMB3.0中，用户可以通过中 断访问SMB2和SMB3来接 收数据。端口 0和端口 1共用SMB2和SMB3。2.2 PLC的格式设定根据这次研究的课题的PLC的格式设定如图2-3字节数VB100开始数VB101站号VB102VB103 命令 VB104VB105H30H32VB106VB107VB108VB109结束符图2-3 PLC格式设定第三章变频器通信（本章由单璐所作3.1串行通讯功能计算机（PLC与变频器之间的数据通信执行过程如图3-1所示。数据通信协议执行过程分5个步骤进行，具体过程分析如下：、1从计算机（PLC发送数据到变频器；数据写入时根据需要，选择使用格式A、 A 数据读出时，使用格式B进行；2变频器数据处理时间,即变频器的等待时间；根据变频器参数Pr.123选择, Pr.123=9999,由通信数据设定其等待时间；Pr.123=0150ms ,由变频器参数设 定其 等待时间。3从变频器返回数据到计算机（PLC ;变频器检查步骤1发送的数据有无 错误, 如果通信没有错误、接收请求时，将从变频器返回数据格式为 C、E、E 如果通信错误、拒绝请求时，则从变频器返回数据格式为 D、F; 4计算机（PLC处理延时时 间；5计算机（PLC根据返回数据应答变频器；当使用格式B后,计算可检查从 变频 器返回的应答数据有无错误，并通知变频器,没有发现错误使用格式G,发现错误使 用格式H。本次变频器通信要研究的是使用格式 A、A 数据读出时使用格式B发送（数擔1）*1如舆为 行再试萌4)5)i频器儿：1)3)S曲时间变频器进入到报警停止状态状态接收舷 J图3-1计算机与变频器的数据通信执行过程332通过串行通讯进行变频器的运转和相关功能代码的设定3.2变频器通信格式通信格式类型如表3-2发送遼）*1MS行再跆表3-2通信格式类型使用十六进制,数据在计算机（PLC与变频器之间的自动使用 ASCII码传输从计算机（PLC到变频器的通信请求数据如图3-3所示1】那3变翔器指令代ENQ姑号科间ENQ变频器站号指令代码*3ENQ变频器站号指令代码*4总和校验*4格式A格式A 数据读出格式B字符数字符数总和校验123456789*5等待时间数据格式A ”ENQ变频器站号n*3ESQ站号指令代 码待时伺验和 校验*4信号ASCII 码说明EHQH05询问（通信请求）LFH0A换行指令代码等待时间数据总和校验*4字符数1234567891011121314待时图3-3从计算机到变频器的通信请求数据格式*3表示控制代码*4表示CR （回车符或LF （换行符代码；当数据从计算机（PLC传输到变频器时, 在有些计算机中代码CR （回车符和LF （换行符自动设置到数据 组的结尾，因此变频 器的设置也必须根据计算机来确认，并且可通过变频器的Pr.124选择有无CR和LF 代码。*5Pr.123响应时间设定不设定为9999的场合下，数据格式的 响应时间”字节 没有,作成通信请求数据。（字符数减少一个1控制代码数据定义2变频器站号。规定与计算机（PLC通信的站号，在H00H1F （0031、之间设定。3指令代码。由计算机（PLC发给变频器,指明程序要求（例如运行、监视。因 此,通过响应的指令代码，变频器可进行各种方式的运行和监示。 4数据。表示与变 频器传输的数据，例如频率和参数；依照指令代码确认数据的定义和设定范围。5等待时间。规定变频器收到从计算机（PLC来的数据和传输应答数据之间的 等待时间；根据计算机的响应时间在0150ms之间设定等待时间，最小设 定单位 10ms （例如:1 为 10ms , 2为 20ms 如图 3-4。VI畀1-机 J1 Z / / / / Z /间发送 /变频器/变频器/ / / / 7 / / / /a,发送v E- 一/A10ms +数据校验时图3-4等待时间6总和校验。总和校验代码是由被校验的 ASCII码数据的总和（二进制的最低 一个字节（8位表示的两个ASCII码数字（十六进制，如图3-5所示为总和校验示 例。ASCII码一tfl 、v l发送 变频器 变频器%、发送，亠变辕 f 器H04 H3DH31 H45 H31 H31 H30 H37 H41H44 H46 H34图3-5总和校验示例运用RS指令对表3-6中变频器各项目进行读写怖事F#lAHI1*it mK7ILl 亡i iHwii * 4 -Hffl -rani 口拇门 g 口I、帝WAIHHmmp iliuMiithIfiHlHlr轉丑崔穴：mo2=诞!L：庭屿PUi川JI鼻1*41MX.IKJ- HKH-k 军.t + i | .- fcii 时l凰土单iJaaicrI *jh YT=l-呼W 送ftHK-iifl. qm* a.!L4*f 用 FtHaml4R也电徹l0|HKiKI-Hm!- t lb 1 l几比 E 上 -M1 !- u .iVifrl*trir+H叫bih| Cl- | | M J 0 IT 1 0 f WMid 4 耽-STF It2 隔 / !str * i rn谨矗IA璋建磴 lEFKSMi|*i心卜 W斗 11!HIQDG-iHC40. 怡即杠 BJOlHr l卜疗班04(3MD4ffikJPIViMiKJ1HIPi-.il-bM ki ii-1- 1 HiHlki : /xJfl M U 4-凸宅W 附iJPTAfl甕車RAM Ift !-lirir HUIik.-b|iin*1?IflF.估片细附讣耳輒也忖計.豎楼liftHf-iJrfiJ*- fOnl：h- rl；k：fft M*fJ 谄杓噩枫 14-Jfr -IiHr 申i的 li-博| n p葩lts通l舶瓷韵;靈丈ft Hr 4ftiff户踊離KTl-ISWl ! Il.-：表3-6变频器通信设定的项目和设定的数据表-12 -3-7根据这次研究课题的频率设定如图字节数开始数运行VB100VB101命令VB10445H44HVB105VB106VB107VB108VB109VB110VB111码结束符图3-7变频器频率设定第四章程序4.1流程图1U 1FDTjE传停丄正传代码停止f0200图4-1 S7-200与三菱变频器的通信流程图 -13 -14 - 4.2 PLC连接变频器带动电动机启动接线图PLC信号名说明RDA接收数据RDB接灰数据SDA发送数据SDB发送数据SG信号地= VW135 500-15 -MOVW 500 VW135网络8下线频率1.5H zLDW= VW135 15MOVW 15 VW135网络9凡是有频率改变的要求，就把要求的发送到变频器LDW VW135VW145MOVB 12 VB100MOVB 16#45 VB104MOVB 16#44 VB105MOVB VW135 VW143*I +10 VW143HTA VB143 VB106 4MOVW VW135 VW145网络10LDW VW135 VW145MOVD & VB102 VD131MOVW 0 VW129FOR VW125 1 9MOVB *VD131 AC0+1 AC0 VW129+D 1 VD131网络11NEXT网络12LD SMO.OANDW 16#FF VW129HTA VB130 VB11O 2MOVB 16#0D VB112XMT VB100 0网络13输出频率读取LD I0.5EUMOVB 8 VB100MOVB 16#36 VB104MOVB 16#44 VB105-16 -MOVB 16#44 VB106MOVB 16#43 VB107MOVB 16#0D VB108XMT VB100 0网络14当读取频率时，显示在VW 502,四位显示除以10 LDB= VB205 16#02ATH VB206 VB500 4MOVW VW500 VW502/I +10 VW502自由口通信参数初始化子程序网络1LD SM0.0MOVB 16#09 SMB30MOVB 16#F0 SMB87MOVB 16#05 SMB88MOVB 16#0D SMB89MOVB 14 SMB94MOVB 5 SMB90网络2采用二进制码，定义初始符，变频器站号LD SMB0.0MOVB 16#05 VB101MOVB 16#30 VB102MOVB 16#32 VB103网络3使用接受完成中断程序，并允许开全局中断LD SMB0.0ATCH INT0 9ENI中断网络1LD SMO.ORCV VB200 04.4梯形图-22 -23 -24 -25 -26 -第五章结论5.1结论通过这次对S7-200与三菱变频器串行口通信的学习，让我了解了变频器与pic 在自由口模式下通信，具有很大的灵活性，方便了工程应用，让我对工业过程有了更深 一步的了解。提高了自己独立工作的能力和创造力，加强了对基础及 专业的运用能 力，对于以后进入工厂后的工作有了更深一步的认识。但是因为自己对于此方向的知识了解不深，使自己在实际操作中遇到很多的困难，希望在以后的工作生活中能 够更多地去运用自己所学过的专业知识，从而更好的去了解 它,掌握它。通过这几 天的训练提高了我的动手动脑能力。让我对所学的课程有 了更深一步的了解。提高了我的实践能力。致谢首先我要感谢我的导师，我的论文是在老师的悉心指导下完成的，从课题的选择 到论文的最终定稿，老师始终给了我细心的的指导和不懈的支持，本论文能够顺利 完成离不开老师的悉心教导，钱老师在在论文的选题,研究理论,整理结构，程序设计, 直至撰写，修改和定稿等各个环节严格把关，并投入了大量的时间和精力，值得一提的 是老师治学严谨，学识渊博，不慕荣利，平易进人,对学生负责,能对学术的热爱，对工作 地投入，都使我佩服不已。从他身上，我可以感到一个学者的务实和严谨，这些都让我 受益匪浅,俗话说 经师易得，人师难求”希望借此总结向钱老师表示最衷心的感 谢。再次感谢所有帮助过和支持我的同学们，你们都是我坚实的后盾，谢谢你们在我 成功时为我喝彩，在我失败时给我安慰，我始终不忘你们在平日学习、 工作和生活 中对我的关心，鼓励和帮助。参考资料一二三四五六七八主编:吴中俊黄永红可编程序控制器原理及 应用（第二版M.北京：主编:闫坤.电气与可编程序控制器应用技术M.清华大 学出版社.主编：王永华.现代电气及可编程控制技术M.北京航空航天大学 出版主编：徐世 许彭涛.可编程序控制器应用指南M.电子工业出版社 主编：廖 常初.PLC应用技术问答M.机械工业出版社.2006年出版.主编：严盈富.PLC入 门M.人民邮电出版社.2005年出版.主编：高鸿斌孔美静 赫孟合.西门子PLC与 工业控制网络应用M.电子工 主编：顾战松 陈铁年.可编程序控制器原理及应用M.国防工业出版 机械工业出版社.2003年出版.2007年出版.社.2002年出版.2007 年出版 业出版社.2006年出版.社.1999年出版社-32 -