現(xiàn)場總線技術及應用課件：工業(yè)以太網(wǎng)

工業(yè)以太網(wǎng)6.1工業(yè)以太網(wǎng)概述6.2M580PLC與ATV930變頻器以太網(wǎng)通信實驗6.3西門子1200PLC與施耐德ATV340變頻器的Profinet通信小結思考與習題

知識目標

(1)了解目前已有的各種工業(yè)以太網(wǎng)。

(2)理解工業(yè)以太網(wǎng)的結構。

(3)理解ModbusTCP/IP的結構、報文和常見參數(shù)。

能力目標

(1)掌握三種不同的工業(yè)以太網(wǎng)通信的建立方法。

(2)掌握每種工業(yè)以太網(wǎng)通信中不同的通信方式。

(3)理解I/OScanner的使用。

6.1工業(yè)以太網(wǎng)概述6.1.1

工業(yè)以太網(wǎng)簡介商業(yè)以太網(wǎng)主要應用于辦公和娛樂上的信息交換，相對來說使用環(huán)境比較干凈、穩(wěn)定，對數(shù)據(jù)交換的速度要求較高而且數(shù)據(jù)的類型非常多樣化，主要應對的是各個終端用戶的實時需求。商業(yè)以太網(wǎng)和OSI模型的對應關系如表6-1所示。

表6-1商業(yè)以太網(wǎng)和OSI模型的對應關系

．

商業(yè)以太網(wǎng)的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層采用的是IEEE802.3的規(guī)范，物理連接分成兩個類別：基帶與寬帶。工業(yè)以太網(wǎng)中采用的是基帶類技術，它的傳輸速度有10

Mb/s、100

Mb/s、1000

Mb/s等，采用RJ45連接器最多可連接4對雙絞線。網(wǎng)絡層和傳輸層采用的是TCP/IP協(xié)議組，應用層則牽涉到諸如HTTP超文本鏈接、DNS域名服務、FTP文件傳輸協(xié)議等耳熟能詳?shù)膽脜f(xié)議。

相較于成熟的商業(yè)以太網(wǎng)，工業(yè)以太網(wǎng)其實到目前為止還沒有嚴格的定義。由于涉及各個公司甚至各個國家的利益，工業(yè)以太網(wǎng)暫時處于一個百花齊放的時代，各個不同的工業(yè)以太網(wǎng)之間甚至連基本的結構都有很大的區(qū)別。但總體來說，各個公司的工業(yè)以太網(wǎng)都還是以以太網(wǎng)為基礎，只是在報文格式、通信方式、整體架構上有所區(qū)別。例如，ModbusTCP/IP是基于Modbus，Profinet是基于Profibus，但是它們的通信介質(zhì)、尋址方式、地址分配等都是基于以太網(wǎng)的。

6.1.2ModbusTCP/IP通信協(xié)議

1.?ModbusTCP/IP概述

ModbusTCP/IP通信協(xié)議整體結構如表6-2所示。

其結構內(nèi)容中很多都是屬于TCP/IP協(xié)議組的部分：地址解析協(xié)議ARP、硬件接口、反向地址解析協(xié)議RARP屬于鏈路層；網(wǎng)際控制報文協(xié)議ICMP、IP，網(wǎng)際組管理協(xié)議IGMP屬于網(wǎng)絡層；傳輸控制協(xié)議TCP、用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議UDP屬于傳輸層；簡單郵件傳輸協(xié)議SMTP、域名服務DNS、簡單網(wǎng)絡管理協(xié)議SNMP、簡單網(wǎng)絡定時協(xié)議SNTP、超文本傳輸協(xié)議HTTP屬于應用層。

傳輸控制協(xié)議TCP是一個可靠的、面向連接的端到端協(xié)議，它通過創(chuàng)建連接，在發(fā)送者和接收者之間建立了一條“虛電路”。TCP在即將有數(shù)據(jù)到來時通知接收者開始一次傳輸，再通過連接的中斷來結束連接，從而使接收者知道這是一次完整的傳輸過程。

用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議UDP是一個沒有連接的端到端協(xié)議，它為來自上層的數(shù)據(jù)增加了端口地址、校驗、長度信息等。UDP僅僅提供端到端傳輸過程中必需的功能，并不提供任何順序或者重新排序。所以，當發(fā)生一個錯誤的時候，它并不能指出是哪里損壞了。

TCP負責可靠的傳輸，可靠性是通過提供差錯檢測和重傳被破壞的幀來實現(xiàn)，只有傳輸被確認，“虛電路”才會被放棄。UDP把一次傳輸?shù)亩鄠€數(shù)據(jù)報看作是完全獨立的，對目標而言，每個數(shù)據(jù)報的到來也是一個獨立的事件，是接收者無法預判的。這兩種傳輸層協(xié)議相比較而言，TCP建立連接、確認的過程都需要花費時間，通過犧牲時間來換取通信的可靠性；UDP則由于沒有連接的過程、幀短，比TCP更快，但可靠性較差。

ModbusTCP消息則包含了例如Modbus服務器和客戶機之間的請求、指示、證實、響應等消息，請求是指客戶機在網(wǎng)絡上發(fā)送用來啟動事務處理的報文，指示是指服務器接收的請求報文，證實是指客戶端接收的響應信息，響應是指服務器發(fā)送的響應信息。

I/O掃描器則應用于服務器和客戶機之間的數(shù)據(jù)映射。

在通信結構上，ModbusTCP/IP的通信系統(tǒng)可以包含很多不同類型的設備：連接至ModbusTCP/IP的服務器和客戶機設備，互聯(lián)設備如網(wǎng)橋、路由器、網(wǎng)關等。

2.?ModbusTCP/IP報文

在前面的章節(jié)我們了解到，Modbus協(xié)議定義了一個和基礎通信層無關的簡單協(xié)議數(shù)據(jù)單元PDU，它包含了功能碼和數(shù)據(jù)。ModbusTCP/IP的請求/響應應用數(shù)據(jù)單元ADU則在PDU的前面加上了一個MBAP報文頭，如圖6-1所示。

圖6-1

ADU結構

MBAP報文頭又叫Modbus協(xié)議報文頭，它是在TCP/IP上使用的專用于識別Modbus應用數(shù)據(jù)單元的報文頭。它包含的內(nèi)容如表6-3所示。

3.?ModbusTCP/IP設備參數(shù)

后面實驗中，我們采用的通信的子站是施耐德ATV930和ATV340，參數(shù)的介紹我們也將以這兩類設備為例。需要注意的是，參數(shù)本身的特性在其他以太網(wǎng)設備上具有通用性，但參數(shù)之間的關聯(lián)性不一定適用于所有的以太網(wǎng)設備。

1)

ATV930和ATV340設備參數(shù)

(1)

MAC地址。

MAC(Medium/MediaAccessControl)地址是用來表示互聯(lián)網(wǎng)上每一個站點的標識符，采用十六進制數(shù)表示，共6個字節(jié)(48位)。其中，前3個字節(jié)是由IEEE的注冊管理機構RA負責給不同廠家分配的代碼(高位24位)，也稱為“編制上唯一的標識符”(OrganizationallyUniqueIdentifier)，后3個字節(jié)(低位24位)由各廠家自行指派給生產(chǎn)的適配器接口，稱為擴展標識符(唯一性)。MAC地址實際上就是適配器地址或適配器標識符EUI-48，全球所有的以太網(wǎng)設備都具有自己唯一的MAC地址，它在設備出廠時就已經(jīng)被指定，并不可被更改。

(2)

IP地址及分配模式。

IP地址用于在互聯(lián)網(wǎng)上表示源地址和目標地址的一種邏輯編號，它由網(wǎng)絡號和主機號構成。如果局域網(wǎng)不與Internet連接，可以自定義IP地址；如果局域網(wǎng)需要與Internet連接，則需要向相關部門申請來獲得唯一的IP地址。IP地址是一個32位的二進制字符串，以8位為一個字節(jié)，每個字節(jié)分別用十進制表示，取值范圍為0～255，用點分隔，如。

每個IP地址都由網(wǎng)絡標識號和主機標識號組成，不同類型的IP地址中它們的長度各不相同，所以它們允許的網(wǎng)絡數(shù)目和主機數(shù)目都是有很大區(qū)別的。

A類地址首位為0，網(wǎng)絡標識號占7位(最多27個網(wǎng)絡)，主機標識號占24位(最多224個主機)，所以A類地址范圍為至55；

B類地址首2位為10，網(wǎng)絡標識號占14位(最多214個網(wǎng)絡)，主機標識號占16位(最多216個主機)，所以B類地址范圍為至55；

C類地址首3位為110，網(wǎng)絡標識號占21位(最多221個網(wǎng)絡)，主機標識號占8位(最多28個主機)，所以C類地址范圍為至55。

施耐德的ModbusTCP/IP設備的IP分配通常有三種方式：固定模式、BOOTP模式和DHCP模式。固定模式又稱手動模式，就是人為手動地輸入一個固定的IP地址；BOOTP模式是在MAC地址和IP地址之間對應，包含6位十六進制數(shù)的以太網(wǎng)設備的MAC地址(MM-MM-MM-XX-XX-XX)，而且必須輸入到BOOTP服務器中，再由BOOTP服務器來給以太網(wǎng)設備分配IP地址；DHCP模式是在設備名稱和IP地址及FDR配置文件路徑之間對應，設備名稱在DHCP服務器和設備上都要輸入，再由DHCP服務器來給以太網(wǎng)設備分配IP地址。

在上電之后，施耐德的ModbusTCP/IP設備會按照以下順序來檢測設備的IP地址：如果有輸入固定的IP地址，則使用固定模式；如果沒有輸入固定的IP地址，則檢測FDR是否被配置，如果FDR沒有被配置或FDR被配置但沒有設置設備名稱則使用BOOTP模式；如果沒有輸入固定的IP地址，而FDR被配置，而且設備名稱已經(jīng)被輸入，則使用DHCP模式。

(3)子網(wǎng)掩碼。

A類地址或B類地址的單位可以把它們的網(wǎng)絡劃分成幾個部分，成為子網(wǎng)。子網(wǎng)掩碼則用于判別某一個IP地址屬于哪個子網(wǎng)；它也是一個32位的數(shù)字，把IP地址中的網(wǎng)絡地址域和子網(wǎng)域都寫成1，把IP地址中的主機地址域都寫成0，便形成該子網(wǎng)的子網(wǎng)掩碼。

(4)網(wǎng)關。

網(wǎng)關是一種充當轉換重任的計算機系統(tǒng)或設備。應用在不同的通信協(xié)議、數(shù)據(jù)格式或語言中，甚至體系結構完全不同的兩種系統(tǒng)之間，網(wǎng)關就是一個翻譯器。與網(wǎng)橋只是簡單地傳達信息不同，網(wǎng)關對收到的信息要重新打包，以適應目的系統(tǒng)的需求。

在如今很多局域網(wǎng)中采用的都是路由器接入網(wǎng)絡，因此通常指的網(wǎng)關就是路由器的IP。一臺主機如果找不到可用的網(wǎng)關，就把數(shù)據(jù)包發(fā)給默認指定的網(wǎng)關，由這個網(wǎng)關來處理數(shù)據(jù)包，一般填寫192.168.x.1。

(5)設備名稱。

設備名稱是人為給設備指定的名稱，在當前的網(wǎng)絡上必須是唯一的，被用于DHCP模式下識別設備并給設備分配IP地址。它還有一個很重要的作用就是增強可讀性，無論是MAC地址還是IP地址，都是數(shù)字組成的不便于記憶，但是設備名稱可以由字母、字符及數(shù)字組成，我們可以把它命名為簡單易讀的名稱，如ATV930_motor01、ATV340_pump99等。

2)

ATV930和ATV340的以太網(wǎng)功能

除了以上以太網(wǎng)設備通用參數(shù)以外，ATV930和ATV340還有一些特殊的以太網(wǎng)功能。

(1)

FDR。

FDR即故障設備更換(FaultlyDeviceReplacement)，IP地址的分配可通過網(wǎng)頁服務器或者SoMove設置，基于DHCP模式，用于從設備名稱分配IP地址。

IP地址的分配可設置為自動分配和動態(tài)分配：自動分配模式下，一旦DHCP客戶端第一次成功地從DHCP服務器端租用到IP地址之后，就永遠使用這個地址；動態(tài)分配模式下，當DHCP第一次從HDCP服務器端租用到IP地址之后，并非永久的使用該地址，只要租約到期，客戶端就得釋放這個IP地址，以給其他工作站使用。

在實際應用中，通過FDR功能，可以將以太網(wǎng)設備的配置儲存在有DHCP和FDR功能的服務器上。

(2)嵌入式網(wǎng)頁服務器。

施耐德御程系列變頻器都內(nèi)置了一個嵌入式網(wǎng)頁服務器(WebServer)，在IE瀏覽器中輸入以太網(wǎng)設備的IP地址，就可以打開網(wǎng)頁服務器。在網(wǎng)頁服務器的界面上，可以快捷地實現(xiàn)對變頻器的設置、監(jiān)視、控制(出于安全考慮，最新版本已取消控制面板功能)，如圖6-2所示。

圖6-2網(wǎng)頁服務器界面

(3)

RSTP。

RSTP即快速測量樹協(xié)議(RapidSpanningTreeProtocol)，它被用于環(huán)網(wǎng)，在每一次網(wǎng)絡拓撲發(fā)生變化時，RSTP功能會快速地計算出最優(yōu)的網(wǎng)絡路徑。RSTP功能會管理當前網(wǎng)絡中所有設備的端口，它能夠在50～150

ms內(nèi)為16～32臺設備解決通信丟失的問題。通信重建的速度則取決于PLC、使用的服務及IP地址模式。

6.2

M580PLC與ATV930變頻器以太網(wǎng)通信實驗

本實驗中使用的PLC型號為BMEH582040，它本身自帶的以太網(wǎng)端口是ModbusTCP/IP和EthernetIP都支持的；使用的變頻器為ATV930系列，它本身自帶的以太網(wǎng)端口也是ModbusTCP/IP和EthernetIP都支持的。所以，我們使用BMEH582040和ATV930通信時，兩種通信協(xié)議都可以實現(xiàn)。

BMEH582040和ModbusTCP/IP通信協(xié)議都隸屬于施耐德電氣公司，所以相對而言ModbusTCP/IP的通信實現(xiàn)更為簡單，而且方法更多。我們可以直接使用功能塊對變頻器進行讀寫，或者使用DTM瀏覽器將變頻器添加為一個ModbusDevice，或者使用DTM瀏覽器直接將ATV930的DTM添加進去。在編程和組態(tài)過程中，我們也可以選擇使用變頻器的I/OScanner或者直接對寄存器進行讀寫。

6.2.1硬件連接

本實驗需要使用的硬件如表6-4所示。

BMEH582040的正面和背面如圖6-3所示。

圖6-3

BMEH582040的正面和背面

BMEH582040各個部位的功能如表6-5所示。

ATV930的控制模塊如圖6-4所示。

圖6-4

ATV930的控制模塊

圖6-4中，③是控制電源類型選擇撥碼開關，⑤和⑥是擴展模塊的插槽。需要注意的是，①、②、④都是RJ45端口，但是①是用于控制面板連接的，②的兩個端口才是以太網(wǎng)通信端口，④是用于ModbusRTU通信的。

在我們的實驗中，網(wǎng)線一頭插入BMEH582040的3或4中的任意一個端口，另一頭插入ATV930的②中的任意一個端口，即可實現(xiàn)以太網(wǎng)硬件連接。PC和PLC直接使用MiniUSB電纜連接即可。需要注意的是，如果是使用添加DTM的方式來連接PLC和變頻器，而且想在PLC在線修改變頻器的DTM，PC和PLC必須通過網(wǎng)線連接。

6.2.2變頻器配置

本實驗需要使用以太網(wǎng)通信對變頻器實現(xiàn)控制和監(jiān)視，變頻器參數(shù)的設置主要在控制通道和以太網(wǎng)通信上。

在SoMove界面的“參數(shù)列表”中，選擇“完整設置”中的“命令和參考”，將“參考頻率通道1”設置為“嵌入式以太網(wǎng)”，將“控制模式配置”設置為“組合通道模式”，如圖6-5所示。

圖6-5通道設置界面

在SoMove界面的“參數(shù)列表”中，選擇“通信”中“端口-ModbusTCP/以太網(wǎng)IP”里的“常規(guī)設置”，將“IP分配模式”設置為“固定地址”，將“IP地址”、“子網(wǎng)掩碼”、“網(wǎng)關地址”分別設置為“9”、“”、“”，如圖6-6所示。

圖6-6

IP等設置界面

在SoMove界面的“協(xié)議和變頻器配置文件”中，選擇對應的通信協(xié)議即可，如圖6-7所示。

圖6-7通信協(xié)議選擇界面

6.2.3

M580PLC與ATV930變頻器ModbusTCP/IP通信實驗

如前文所述，M580PLC與ATV930變頻器ModbusTCP/IP通信可以通過很多種不同的方法來實現(xiàn)，我們將一一介紹。首先我們要在菜單“工具”→“項目設置”→“變量”中勾選“直接以數(shù)組變量表示”、“允許動態(tài)數(shù)組(ANY_ARRAY_XXX)”、“禁用數(shù)組大小兼容性檢查”并點擊“確定”按鈕確認，如圖6-8所示。

圖6-8變量設置界面圖6-8變量設置界面

(1)使用READ_VAR和WRITE_VAR功能塊。

新建項目，選擇CPU型號BMEH582040，點擊“確定”按鈕，如圖6-9所示。

圖6-9新建項目界面

雙擊“項目瀏覽器”中的“項目”，打開硬件組態(tài)界面，如圖6-10所示。

圖6-10硬件組態(tài)界面

雙擊CPU上的以太網(wǎng)端口，打開以太網(wǎng)端口配置界面，如圖6-11所示。

圖6-11以太網(wǎng)端口配置界面

點擊“安全”標簽里的“解鎖安全”，解鎖服務和訪問控制，如圖6-12所示。

圖6-12安全解鎖界面

在“IP配置”標簽，將“IP主地址”、“子網(wǎng)掩碼”、“網(wǎng)關地址”分別設置為“”、“”、“”，“IP地址A”、“IP地址B”分別設置為“1”、“2”，配置完成后點擊圖標確認，如圖6-13所示。

圖6-13

PLC的IP等設置界面

在項目瀏覽器中，在“程序”→“任務”→“MAST”→“段”上點擊鼠標右鍵，新建一個名稱為“ModbusTCP”、語言為“LD”的程序，如圖6-14所示。

圖6-14新建程序界面

在彈出的編程界面中，點擊“FFB輸入助手”圖標，在彈出的“函數(shù)輸入助手”對話框的“FFB類型”里分別輸入“READ_VAR”和“WRITE_VAR”并確認，且在程序中添加對應的功能塊，分別如圖6-15～圖6-18所示。

圖6-15添加READ_VAR功能塊的界面圖6-16放置READ_VAR功能塊圖6-17添加WRITE_VAR功能塊的界面圖6-18放置WRITE_VAR功能塊

點擊圖標，添加一個“%S6”的秒脈沖，連接至“READ_VAR”和“WRITE_VAR”的“EN”腳，如圖6-19所示。

圖6-19添加秒脈沖

輸入“READ_VAR”和“WRITE_VAR”各個引腳的值，如圖6-20所示。

圖6-20

READ_VAR和WRITE_VAR引腳賦值

ADR：讀或?qū)懙淖诱镜刂?。兩個功能塊都是輸入的ADDM(‘0.0.3{9}’)，ADDM是尋址命令，0.0.3指定的是M580上自帶的以太網(wǎng)口，9是子站的IP地址。需要注意的是，M580上自帶的以太網(wǎng)口是0.0.3，而不是按機架號+位置號+通道號的0.0.0，這一點比較特殊。

OBJ：對象類型。兩個功能塊都是使用的?‘%MW’。

NUM：起始地址。這里是直接對I/OScanner所對應的寄存器進行讀寫，兩個功能塊都是寫0。

NB：讀寫數(shù)量。I/OScanner默認的輸入寄存器有狀態(tài)字和輸出轉速，輸出寄存器有控制字和給定轉速，如圖6-20所示。數(shù)量都是兩個，兩個功能塊都是寫0。

RECP：接收地址，只需要兩個即可。讀取塊使用%MW0：2，即使用%MW0和%MW1來存放狀態(tài)字和輸出轉速的值。

EMIS：發(fā)送地址，只需要兩個即可。寫入塊使用%MW10：2，即使用%MW10和%MW11來存放控制字和給定轉速的值。

GEST：交換數(shù)據(jù)管理取，必須定義4個字?！癛EAD_VAR”使用的是%MW100：4，即從%MW100開始的連續(xù)4個字，“WRITE_VAR”使用的是%MW104：4，即從%MW104開始的連續(xù)4個字。

程序編寫完畢后，點擊菜單“生成”中的“重新生成所有項目”，于是項目生成。

生成完畢后，點擊菜單“PLC”中的“連接”，再點擊“將項目傳輸?shù)絇LC”，將程序下載到PLC中，如圖6-21所示。

圖6-21下載程序界面

下載完畢后，點擊菜單“PLC”中的“運行”，開始運行PLC中的程序。

在項目瀏覽器中，右鍵點擊“動態(tài)數(shù)據(jù)表”，選擇“新建動態(tài)數(shù)據(jù)表”，如圖6-22所示。

圖6-22新建動態(tài)表界面

點擊“確定”按鈕后，打開新建的數(shù)據(jù)表，添加%MW、0%MW1、%MW10和%MW11，如圖6-23所示。

圖6-23添加變量界面

如前面所述，這4個變量和變頻器的寄存器的對應關系如表6-6所示。

點擊右鍵選擇%MW0和%MW10，將顯示格式修改為十六進制。

點擊“修改”按鈕，將%MW11的值修改為1500，對應1500

r/m轉速，然后將%MW10的值按順序修改為6、7、F?？梢钥吹?，%MW0的十六進制值的尾數(shù)依次由50變?yōu)?1、33、37，%MW1的值也從0逐漸上升到1500，表明變頻器運行成功，如圖6-24所示。

圖6-24變量監(jiān)視界面

如果想通過通信進行其他的控制和監(jiān)視，可以通過SoMove來編輯I/OScanner內(nèi)的地址，如圖6-25所示；再將程序中的NB、RECP和EMIS做對應的修改即可。

圖6-25

I/OScanner編輯界面

當然，在使用“READ_VAR”和“WRITE_VAR”功能塊時，也可以不和變頻器的I/OScanner做映射，而是直接對變頻器的寄存器做讀和寫的操作。這里需要做兩個改動：

第一，變頻器需要設置Modbus通信的格式，如圖6-26所示。

圖6-26

Modbus通信的格式界面

這里將變頻器的Modbus地址設置為“3”，波特率設置為“19?200

b/s”，格式設置為“8E1”。

第二，程序需要做相應的修改，如圖6-27所示。

圖6-27程序修改

ADR需要修改為“ADDM(‘0.0.3{9}3’)”，即把變頻器的Modbus地址添加進去。

“READ_VAR”的NUM修改為“3201”，NB修改為“1”，RECP修改為“%MW0：1”，即將變頻器3201狀態(tài)字的值存放到%MW0里。

“WRITE_VAR”的NUM修改為“8501”，NB依然為“2”，EMIS依然為“%MW10：2”，即將變頻器8501控制字、8502頻率給定的值存放到%MW10、%MW11里。

通過數(shù)據(jù)表內(nèi)數(shù)值的修改，一樣可以實現(xiàn)變頻器的控制和監(jiān)視。

(2)使用DTM瀏覽器中的ModbusDevice。

新建項目，選擇CPU型號BMEH582040。

雙擊“項目瀏覽器”中的“項目”，打開硬件組態(tài)界面，然后雙擊CPU上的以太網(wǎng)端口，打開以太網(wǎng)端口配置界面，再點擊“安全”標簽里的“解鎖安全”，解鎖服務和訪問控制。在“IP配置”標簽，將“IP主地址”、“子網(wǎng)掩碼”、“網(wǎng)關地址”分別設置為“”、“”、“”，“IP地址A”、“IP地址B”分別設置為“1”、“2”，配置完成后點擊圖標確認。

點擊菜單欄“工具”，在下拉菜單中選擇“DTM瀏覽器”，如圖6-28所示。

圖6-28

DTM瀏覽器界面

在“DTM瀏覽器”中，右鍵點擊CPU，即“<>BMEP58_ECPU_EXT”選擇“添加”，在彈出的添加對話框中選擇“ModbusDevice”，點擊“添加DTM”，如圖6-29所示。

圖6-29添加DTM界面

在彈出的“設備屬性”對話框中，將“名稱”修改為“ATV930”，點擊OK按鈕確認，如圖6-30所示。

圖6-30修改名稱界面

雙擊“DTM瀏覽器”中CPU即“<>BMEP58_ECPU_EXT”，在CPU配置頁選擇“設備列表”→“[515]ATV930<MDB:3>”，如圖6-31所示。

圖6-31配置ATV930屬性界面

選擇“地址設置”標簽，將IP地址修改為變頻器的IP地址即9，“此設備的DHCP”選擇為“已禁用”，點擊“應用”按鈕，如圖6-32所示。

圖6-32

IP設置界面

選擇“請求設置”標簽，點擊“添加請求”，然后將新添加的請求中的“讀取長度”和“寫入長度”都修改為“2”，其他保持默認值，點擊“應用”按鈕，如圖6-33所示。

圖6-33修改讀取和寫入長度的界面

點擊“請求001：項目”，在“輸入”標簽選擇第0個和第1個字節(jié)，點擊“定義項目”，在彈出的對話框中將“新項目數(shù)據(jù)類型”修改為“Word”，“項目名稱”修改為“ETA”，點擊“應用”按鈕，如圖6-34所示。

圖6-34定義ETA界面

使用同樣的方法，將第2個和第3個字節(jié)定義為“RFRD”，點擊“應用”按鈕，如圖6-35所示。

圖6-35定義RFRD界面

使用同樣的方法，將“輸出”標簽里的第0個和第1個字節(jié)定義為“CMD”，第2個和第3個字節(jié)定義為“LFRD”，點擊“確定”按鈕，如圖6-36所示。

圖6-36定義CMD和LFRD界面

通過以上操作，就可以把輸入和輸出的空間以4個字為單位映射到ETA、RFRD、CMD和LFRD這4個變量中，也就是我們需要使用的狀態(tài)字、輸出轉速、控制字和給定轉速。

在“項目瀏覽器”的“動態(tài)數(shù)據(jù)表”中新建一個數(shù)據(jù)表，在新建的數(shù)據(jù)表中不要手動輸入變量，點擊“選擇”按鈕，在彈出的對話框中選擇“ATV930”，如圖6-37所示。

圖6-37變量選擇界面

這樣，ATV930的相關變量就直接全部添加，如圖6-38所示。

圖6-38變量添加界面

重新生成所有項目，連接PLC，將程序下載到PLC中，運行PLC程序后，可以發(fā)現(xiàn)狀態(tài)字ETA的值已經(jīng)通過通信刷新過來了，如圖6-39所示。

圖6-39監(jiān)視ETA界面

同樣的操作方式，通過修改CMD控制字和LFRD給定轉速的值，可以讓變頻器運行起來，如圖6-40所示。

圖6-40控制CMD和LFRD的界面

這種通信方式也是映射的變頻器I/OScanner里的值，如果想對其他的值做讀寫，可以直接修改I/OScanner內(nèi)輸入和輸出的地址及數(shù)量，并在組態(tài)時做相應的修改即可。

當然，也可以不直接映射變頻器I/OScanner里的值，而是對變頻器內(nèi)的任意寄存器進行直接的讀寫操作。有幾個地方需要改動：

第一，要打開變頻器的Modbus，設置Modbus地址(3)、波特率(19?200

b/s)、Modbus格式(8E1)等。

第二，在“請求設置”里要做出相應的改動，“單元ID”修改為子站的Modbus地址即“3”，“讀取地址”修改為“3201”，“讀取長度”修改為“1”，“寫入地址”修改為“8501”，“寫入長度”修改為“2”，點擊“應用”按鈕，如圖6-41所示。

圖6-41請求設置修改的界面

第三，在“請求001：項目”的“輸入”和“輸出”標簽重新定義項目ETA、CMD和LFR。需要注意，現(xiàn)在變量的總量是3個，而且LFR是給定頻率而不是給定轉速。

在離線模式下點擊“生成更改”，再將程序下載到PLC中。可以看到，雖然變量的數(shù)量發(fā)生了更改而且給定變?yōu)榘搭l率給定，但控制和監(jiān)視依然是可行的，如圖6-42所示。

圖6-42控制和監(jiān)視界面

(3)使用DTM瀏覽器中的ATV930DTM。

這種方法的實現(xiàn)步驟和EthernetIP通信實驗類似，只是在添加ATV930的DTM時選擇的通信協(xié)議不同，需要選擇ModbusTCP。

6.2.4

M580PLC與ATV930變頻器EthernetIP通信實驗

新建項目，選擇CPU型號BMEH582040。

雙擊“項目瀏覽器”中的“項目”，打開硬件組態(tài)界面，然后雙擊CPU上的以太網(wǎng)端口，打開以太網(wǎng)端口配置界面，再點擊“安全”標簽里的“解鎖安全”，解鎖服務和訪問控制。在“IP配置”標簽，將“IP主地址”、“子網(wǎng)掩碼”、“網(wǎng)關地址”分別設置為“”、“”、“”，“IP地址A”、“IP地址B”分別設置為“1”、“2”，配置完成后點擊圖標確認。

點擊菜單欄“工具”，在下拉菜單中選擇“DTM瀏覽器”，如圖6-43所示。

圖6-43選擇DTM瀏覽器的界面

在“DTM瀏覽器”中，右鍵點擊CPU，即“<>BMEP58_ECPU_EXT”選擇“添加”，在彈出的添加對話框中選擇“ATV9xx”，點擊“添加DTM”，如圖6-44所示。

圖6-44添加DTM界面

在彈出的對話框中選擇“EtherNetIP”(如果是使用ModbusTCP則選擇ModbusoverTCP)，點擊“確定”按鈕，如圖6-45所示。

圖6-45通信協(xié)議選擇界面

在彈出的“設備屬性”對話框中將“名稱”修改為“ATV930”，點擊OK按鈕，如圖6-46所示。

圖6-46修改設備名稱的界面

雙擊“DTM瀏覽器”中CPU，即“<>BMEP58_ECPU_EXT”，在CPU配置頁選擇“設備列表”→“[513]ATV930<EIP:3>”，如圖6-47所示。

圖6-47選中ATV930的界面

選擇“地址設置”標簽，將“IP地址”修改為變頻器的IP地址即“9”，“子網(wǎng)掩碼”修改為“”，“網(wǎng)關”修改為“”，“此設備的DHCP”選擇為“已禁用”，點擊“應用”按鈕，如圖6-48所示。

圖6-48

IP地址等修改的界面

重新生成所有項目，將程序下載到PLC中，拔掉PC和CPU之間的MiniUSB通信電纜。將PC的IP地址修改為“”，其他格式設置為與CPU、變頻器一致，如圖6-49所示。

圖6-49

PC的IP地址等修改的界面

使用網(wǎng)線連接PC和CPU，點擊菜單“PLC”中的“設置地址”，將“地址”修改為CPU的IP地址即“”，“介質(zhì)”修改為“TCPIP”，點擊“確定”按鈕，如圖6-50所示。

圖6-50

PLC的IP地址等修改的界面

點擊“PLC”→“連接”，雙擊“DTM瀏覽器”里的CPU，可以看到“通道屬性”里的“IP源地址”已經(jīng)自動變更為PC的IP地址，如圖6-51所示。

圖6-51

IP源地址變更的界面

在“DTM瀏覽器”里的CPU即“<>BMEP58_ECPU_EXT”上點擊右鍵選擇“連接”，然后再在ATV930即“<EthernetIP:9>ATV930”上點擊右鍵選擇“連接”，如果成功連接，那么CPU和ATV930的名稱都會變成加粗顯示，如圖6-52所示。

圖6-52連接成功界面

雙擊“<EthernetIP:9>ATV930”打開ATV930變頻器的DTM，選擇“參數(shù)列表”標簽內(nèi)的“協(xié)議和變頻器配置”，點擊“確定”按鈕，如圖6-53所示。

圖6-53協(xié)議和變頻器配置界面

新建動態(tài)數(shù)據(jù)表，將ATV930的變量組添加，如圖6-54所示。

圖6-54添加變量組界面

斷開PLC切換到離線模式，點擊“生成”→“生成更改”后將程序下載到PLC并運行，可以看到變頻器的狀態(tài)字ETA已經(jīng)刷新上來了。通過修改控制字CMD和給定轉速LFRD的值可以使變頻器運行起來，如圖6-55所示。

圖6-55控制和監(jiān)視界面

這種通信中也是訪問的變頻器中I/OScanner里的值，如果想對其他的寄存器進行讀或?qū)懙牟僮?，可以在連接的狀態(tài)下進入ATV930的DTM，在“設備列表”→“通信”→“端口-ModbusTCP/以太網(wǎng)”→“協(xié)議和變頻器配置”里的“變頻器I/O配置文件”內(nèi)修改即可，如圖6-56所示。

圖6-56修改變頻器I/O配置文件的界面

6.3西門子1200PLC與施耐德ATV340變頻器的Profinet通信

6.3.1硬件連接本實驗需要使用的硬件如表6-7所示。

CPU1214C的下方有一個自帶的profinet接口，如圖6-57所示。

圖6-57

CPU自帶端口

ATV340則需要在右邊最下面插槽添加一個型號為VW3A3627的Profinet通信卡，如圖6-58所示。

圖6-58

ATV340添加通信卡

6.3.2變頻器配置

在SoMove的配置頁面，“參數(shù)列表”→“完整設置”→“命令和參考”，將“參考頻率通道1”設置為“通信模塊頻率給定”，“控制模式配置”設置為“組合通道模式”，如圖6-59所示。

圖6-59通道配置界面

通信的配置則要簡單得多，只需要在“參數(shù)列表”→“通信”→“插槽A-profinet”里將“IP模式(IPM)”設置為“DCP”即可，由CPU組態(tài)配置來決定變頻器的IP地址，如圖6-60所示。

圖6-60通信配置界面

6.3.3

Profinet通信實驗

打開博圖軟件，點擊“在線與診斷”→“可訪問設備”，“PG/PC接口的類型”選擇“PN/IE”，“PG/PC接口”選擇當前電腦的有線網(wǎng)卡(有線網(wǎng)卡的型號可以在“我的電腦”右鍵菜單“屬性”里的“設備管理器”里找到)，然后點擊“開始搜索”，可以看到當前連接的PLC的地址為“”，如圖6-61所示。

圖6-61搜索PLC的界面

我們需要將PC的IP地址和PLC設置在同一個網(wǎng)段，點擊PC任務欄上的網(wǎng)絡連接圖標，再點擊“打開網(wǎng)絡和共享中心”→“更改適配器設置”。在有線網(wǎng)絡的屬性界面將TCP/Ipv4的“IP地址”修改為“”，“子網(wǎng)掩碼”修改為“”，“默認網(wǎng)關”修改為“”，點擊“確定”按鈕，如圖6-62所示。

圖6-62

IP等設置的界面

返回到博圖軟件，點擊“啟動”→“創(chuàng)建新項目”，“項目名稱”修改為“1200-ATV340”，點擊“創(chuàng)建”按鈕，如圖6-63所示。

圖6-63創(chuàng)建項目界面

在新建的“項目視圖”中點擊“組態(tài)設備”，再選擇“添加新設備”，在“控制器”的列表中找到本實驗使用的CPU型號“6ES7214-1AG31-0XB0”，如圖6-64所示。

圖6-64添加CPU界面

雙擊CPU將其添加到設備組態(tài)中，軟件會自動進入到項目視圖，如圖6-65所示。

圖6-65項目視圖界面

由于博圖是西門子公司的軟件，它的“硬件目錄”里并沒有施耐德的變頻器，我們需要手動將ATV340的GSDML文件添加進去。點擊“選項”→“管理通用站描述文件(GSD)”，在打開的窗口中選擇從施耐德官網(wǎng)下載的ATV340的GSDML文件夾，并在下方勾選“GSDML文件”，點擊“安裝”按鈕，如圖6-66所示。

圖6-66安裝GSDML文件的界面

安裝完畢之后，我們就可以在“硬件目錄”中找到ATV340變頻器了，如圖6-67所示。

圖6-67硬件目錄界面

點擊“拓撲視圖”，將“硬件目錄”下ATV340文件夾里的“前端模塊”中的“ATV340”拖放到CPU的后面，如圖6-68所示。

圖6-68添加ATV340的界面

點擊“網(wǎng)絡視圖”，在CPU的以太網(wǎng)端口上按住鼠標左鍵拉至ATV340的以太網(wǎng)端口，建立Profinet連接，可以看到ATV340的下方已經(jīng)顯示了“PLC_1”，表示其在網(wǎng)絡的從屬關系，如圖6-69所示。

圖6-69建立Profinet連接的界面