利用Modbus轉PN模塊快速實現西門子PLC的Modbus通訊

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       在水廠自控係統中，經常用到485接口的Modbus-RTU通訊設備，例如配電室的多功能電量采集儀表、進出水站房的水質分析儀表、各種液體或氣體流量計等。自控係統采集這些Modbus-RTU設備數據的方法一般有兩種：常用的方法是利用CPU的485接口或配置485通訊模塊，通過編寫Modbus通訊程序讀取數據；另外一種簡單方法是利用Modbus-RTU轉Modbus-TCP模塊，通過上位機軟件直接讀取數據。第一種方法需要plc帶有485接口並支持Modbus通訊，或者采購專用的485接口模塊，造價較高且需要編寫Modbus輪詢程序，程序處理不好的話容易發生故障或者刷新較慢的情況；第二種方法實現簡單，但是讀取的數據通常是原始數據，需要利用上位機進行轉換，且多台上位機並行時需要重複向子站讀取數據，容易產生通訊衝突造成通訊失敗。

        本次給大家分享的HJ6302模塊是一款國產的通訊網關模塊，它支持Modbus-RTU與ProfiNet的雙向通訊，並且該模塊不需要在PLC內編寫Modbus通訊程序，隻需要利用專用軟件配置通訊參數和命令後導出GSDML文件，然後將文件導入PLC硬件配置，數據會自動映射到PLC的輸入輸出地址，使用非常方便。

測試環境

1.     HJ6302模塊1個（充當Modbus主站和PN-IO）

2.     Modbus-RTU接口通訊溫濕度傳感器2個（充當Modbus子站）

3.     西門子1214PLC一台（充當PN主站）

4.     HJ6302配置軟件PROFINET-6300-配置軟件+V-1.3.E-1

5.     plc編程軟件TIA V15

6.     筆記本電腦1台

測試目標

1.     通過HJ6302配置Modbus-RTU參數和通訊命令。

2.     通過TIA編程軟件導入HJ6302配置文件，實現PLC讀取溫濕度數據。

測試步驟

一、HJ6302模塊設置

1.     將電腦IP地址設置為與要測試的PLC和HJ6302模塊同一個網段，本次測試給電腦配置的IP地址是192.168.10.200，計劃給PLC配置的IP地址是192.168.10.100，給HJ6302模塊配置的IP地址是192.168.10.101。將電腦、PLC和6302模塊連接到同一個局域網內。

2.     關於6300網關的IP地址：打開6302配置軟件如下，6302網關沒有默認IP，選擇電腦指定網卡點擊“搜索”軟件將自動搜索局域網內的6300網關設備並根據電腦IP地址段自動分配一個臨時IP地址給6300網關，該IP地址隻用於配置網關參數，重新上電後將消失。正式通訊時，PLC會根據網關名稱自動將硬件配置的正式IP地址分配給6300網關，因此不需要通過配置軟件給6300設置固定IP地址，隻需要設置網關設備的名稱，並在TIA編程時配置相同的名稱和需要的IP地址即可。

3.     關於網關命名：搜索到6300網關後，先點擊設備並右鍵選擇“讀取<從設備>”將網關配置上載到電腦，並在“設備名稱”處根據需要重新命名網關。PN通訊需要使用設備名稱和IP地址，此處配置的設備名稱必須與TIA軟件中配置的一致，PLC才能搜索到網關設備並分配正式IP。

設備命名規則如下：

（1）必須以字母開頭，可以使用英文字母（建議小寫）和阿拉伯數字；

（2）可以使用中橫線“-”，不能使用下劃線“_”；

（3）命名不能與同網絡的其他設備衝突，

4.     設置Modbus-RTU參數和命令

a)       根據需要設置COM1和COM2的類型、波特率和數據結構，通訊模式選擇“RTU/Master”表示6300網關作為Modbus主站。也可以根據需要選擇其他通訊模式，本次實驗未做測試。

b)      點擊右下角的“新加”按鈕添加Modbus通訊命令。網關支持常用的Modbus命令。其中設備ID代表子站的通訊站號（十進製），寄存器地址為偏移地址（十進製），數量為從寄存器地址開始需要讀取的字數（十進製）。本次使用的溫濕度傳感器地址信息如下表：

c)       Profinet斷網關閉輸出：使能後如果PN通訊中斷網關將輸出命令複位。

d)      PN在線輪詢：使能後隻有PN在線時才執行Modbus通訊命令；不使能則一直執行Modbus通訊命令。

e)       實時寫：使能後每次輪詢都執行寫命令；不使能則隻有在寫數據變化後才執行寫命令，以提高485總線利用率。

5.     MODBUS-TCP/IP地址：作為Modbus-TCP網關使用時可以通過該菜單設置固定IP，本次測試不使用。

6.     下載參數：配置結束後，選擇網關模塊，右鍵選擇“更新<到設備>”即可將配置下載到6300網關，下載後可以通過“重新啟動設備”重啟網關模塊使配置生效。可以再次搜索網關模塊，讀取配置信息檢查是否配置成功。

7.     生成GSD文件：配置結束後，選擇生成GSDML文件，軟件將自動生成TIA配置所需的GSD文件。

二、TIA編程配置

1.     新建項目，選擇1214CPU，並配置IP地址等參數。

2.     安裝GSD文件：點擊菜單欄“選項”，選擇“管理通用站描述文件”彈出下圖窗口，選擇剛才生成的GSD文件所在的文件夾，並在識別的GSD文件中選擇“安裝”。

3.     導入6300網關：在右側硬件目錄中“其他現場設備”目錄中找到HJ6300網關，並拖入項目，並把其分配給1214CPU。

4.     配置6300參數：名稱必須與上一步驟中設置的網關名稱一致，並根據需要設置正式IP地址。

5.     查看地址映射：配置完畢並編譯後，可以通過地址總覽查看係統分配的地址映射信息，2個測試溫濕度傳感器的數據分別映射到IW2~IW25和IW26~IW49。

6.     查看通訊數據：下載PLC程序，並在變量表中建立數據變量，在線監控，可以看到數據已經成功讀取到PLC。

測試總結

1.     經過測試，實現了通過PN網絡采集Modbus-RTU數據，通訊穩定，不需要編寫輪詢程序。

2.     不同485通道可以設置不同的波特率等參數，使用比較靈活。

3.     網關名稱命名非常重要，必須保證網關名稱和TIA軟件內配置的一致，否則通訊失敗。

4.     網關IP地址在配置階段可以不設置，當網關與PLC連接後PLC將自動把設置的正式IP地址配置給網關。

5.     網關與PLC通訊正常後不要再用指定網卡的方式搜索網關，這樣電腦會再次給網關配置臨時IP造成通訊中斷，要選擇所有網卡模式。

6.     修改網關配置之前需首先上載配置，修改完畢需重啟網關使配置生效。

7.     如果PLC連接的PN模塊較多，可加大更新時間至8~10ms。

8.     網關將數據映射到PLC的過程映像區，1200係列PLC的IO過程映像區分別隻有1024字節，1500係列PLC的IO過程映像區至少32K字節，這個算是這種方式的一個缺點，如果要通訊的數據量大於PLC的IO過程映像區就不能用這種方式了。

        通過測試發現PN網絡還是具有很強大的通用性和兼容性，西門子係統也變得越來越開放，我們可以選擇不同廠家的設備尤其是國產設備，可以讓我們的係統有更高的性價比。

來源：西門子工業技術論壇