西门子1200PLC与汇川伺服电机的MODBUS

 一、硬件准备
 
以下以 CPU1215C DC/DC/DC和CM1241 RS485 模块为例，介绍S7-1200 Modbus RTU 主站通信控制汇川IS620P系列伺服驱动器的组态及编程步骤。
 
二、伺服驱动器通信参数设置
 

功能码	名称	设定值	出厂值	备注
H00-00	电机编号	14101	14000
H03-10	DI5端子功能选择	0	1	取消输入端子DI5的默认伺服使能功 能，以便使用通信VDI控制伺服使能
H05-00	主位置指令来源	2	0	修改成多段位置指令
H05-02	电机每旋转1圈的位置指令数	10000	0
H0C-00	驱动器轴地址	9	1
H0C-02	串口波特率设置	2	5
H0C-09	通信VDI	1	0
H0C-26	MODBUS通信数据高低位顺序	0	1
H11-04	位移指令类型选择	1	0	绝对位移指令
H17-00	VDI1端子功能选择	1	0	伺服使能
H17-02	VDI2端子功能选择	28	0	多段位置指令使能

参数修改完成后，需要重现上电，修改H02-01为1，重启伺服驱动器，否则驱动器上电后需要进行原点复归确认机械原点，断电后无位置记忆。若报警731，则将H0D-20设置为1，然后重新上电重启，若报警ER994，则表示通讯地址冲突。
 
三、S7-1200PLC的程序编写
 
1、plc硬件组态和相关指令的详细介绍请参考（西门子官方技术文档）
 
在西门子1200plc中Modbus RTU通信指令有两个版本，在这里使用的是旧版本指令
 

通信参数的设置只需主站和从站一致即可，如果觉得在伺服驱动器处修改比较麻烦，也可以从plc的组态中进行修改，为了参考官方技术文档资料，本例从伺服驱动器修改通信参数
 
2、完成硬件组态之后，按如下方式添加通信数据块
 

 
3、右键数据块图标→点击“属性”→“属性”→去掉“优化的块访问”的“√”
  

 

 
4、双击打开刚添加的伺服控制数据块，在数据块中添加如下变量并编译
  

 
5、添加“MB_COMM_LOAD”指令组态端口使用 Modbus RTU 协议来通信
  

 
注意：要组态 Modbus RTU 的端口，必须调用“MB_COMM_LOAD”一次。完成组态后，“MB_MASTER”和“MB_SLAVE”指令可以使用该端口。如果要修改其中一个通信参数，则只需再次调用“MB_COMM_LOAD”。每次“MB_COMM_LOAD”调用将删除通信缓冲区中的内容。为避免通信期间数据丢失，应避免不必要地调用该指令。
 
6、添加如下指令，当按下i0.0时，读取当前位置并将数值存入DB块中的编码器反馈值，功能码首地址H0B-58（指令首地址计算：16进制0B00改为10进制2816，再加58，再加上400001)
  

 
7、添加如下指令，按下i0.1，将DB块中的位置、速度、加减速时间写入伺服驱动器，功能码首地址H11-12（指令首地址计算：16进制1100改为10进制4352，加上12，再加上400001)
  

 
其中，给定位置（第一段位移） 的数据范围若超出 -65536~+65535，则属于 32 位功能码，占用两个连续的功能码组内偏置号，占用 2个连续的地址，分别为 H11-12 和 H11-13，但通信地址仅由偏置号较低的地址决定。写入功能码时，需要根据 H0C-26 的设置，确定在通信帧中高16位和低16位的先后顺序。H0C-26=0时高 16 位在前，低 16 位在后；H0C-26=1时低 16 位在前，高 16 位在后。默认情况下H0C-26=1，偏置号较低的地址 (H11-12) 存储功能码值的低 16 位，偏置号较高的地址 (H11-13)存储功能码值的高 16 位，与西门子plc的存储方式相反。速度和加减速时间功能码的数据范围在 -65536~+65535 之内，为 16 位功能码，只占用 1 个功能码组内偏置，只占用 1 个地址，分别为H11-14和H11-15。
 
8、添加如下指令，按下i0.2将DB块中的控制字写入伺服驱动器，功能码H31-00（指令首地址计算：16进制3100改为10进制12544，再加上400001)
 

 
四、plc指令中通信存储器地址的计算方法
 
1、伺服参数地址为什么要进行进制转换：
 
伺服驱动器功能码显示形式：HXX-YY
其中：
XX：功能码组号，为十六进制数据；
YY：功能码组内偏置，为十进制数据
 
以功能参数H0B-58为例，功能参数中0B00为功能组参数，为16进制形式，进行通信时需要转换成十进制数字，而后面的58为偏移地址，本身就是十进制形式，通信时不需要转换。
 
2、plc地址为什么要加40001
 
PLC地址一般采用10进制描述，共有5位，其中第一位代表寄存器类型，后面的代表偏移地址。Modbus Master 协议库把标准的Modbus 地址映射为所谓Modbus 功能号，读写从站的数据。Modbus Master 协议库支持如下地址：
 
·00001 - 09999：数字量输出（线圈）
·10001 - 19999：数字量输入（触点）
·30001 - 39999：输入数据寄存器（通常为模拟量输入）
·40001 - 49999：数据保持寄存器
 
支持 Modbus 协议的设备或软件，使用时用户直接设置或看到的应当是 Modbus 数据地址。如果 Modbus 通信的一方提供的所谓 Modbus 协议只有功能码，则需要注意了解此功能号与 Modbus 地址间的对应关系。
 
五、伺服驱动器相关功能码介绍
 
1、H00-00电机编号
 
14000：汇川20位增量编码器电机
14101：汇川23位绝对值编码器电机
电机编号设置错误，将发生ER120（产品匹配故障）
 
2、H02-31 系统参数初始化，用于使参数恢复出厂值或清除故障记录。
 

设定值	操作含义
0	无操作
1	恢复出厂设定值	除 H00、H01 组参数，其他组参数恢复至驱 动器出厂值
2	清除故障记录	最近 10 次故障和警告代码被清除。

 
3、H03-10 DI5端子功能选择
 
DI/DO基本功能定义

设定值	DI 端子功能	设定值	DI 端子功能
0	不分配 DI 功能	19	JOGCMD-( 反向点动 )
1	S-ON ( 伺服使能 )	20	PosStep( 步进量使能 )
2	ALM-RST( 故障与警告复位 )	21	HX1( 手轮倍率信号 1)
3	GAIN-SEL( 增益切换 )	22	HX2( 手轮倍率信号 2)
4	CMD-SEL( 主辅运行指令切换 )	23	HX_EN( 手轮使能信号 )
5	DIR-SEL( 多段运行指令方向选择 )	24	GEAR_SEL( 电子齿轮选择 )
6	CMD1( 多段运行指令切换 1)	25	ToqDirSel ( 转矩指令方向设定 )
7	CMD2( 多段运行指令切换 2)	26	SpdDirSel ( 速度指令方向设定 )
8	CMD3( 多段运行指令切换 3)	27	PosDirSel ( 位置指令方向设定 )
9	CMD4( 多段运行指令切换 4)	28	PosInSen ( 多段位置指令使能 )
10	M1-SEL( 模式切换 1)	29	XintFree ( 中断定长状态解除 )
11	M2-SEL( 模式切换 2)	30	无
12	ZCLAMP( 零位固定使能 )	31	HomeSwitch ( 原点开关 )
13	INHIBIT( 位置指令禁止 )	32	HomingStart ( 原点复归使能 )
14	P-OT( 正向超程开关 )	33	XintInhibit ( 中断定长禁止 )
15	N-OT( 反向超程开关 )	34	EmergencyStop ( 紧急停机 )
16	P-CL( 正外部转矩限制 )	35	ClrPosErr( 清除位置偏差 )
17	N-CL( 负外部转矩限制 )	36	V_LmtSel ( 内部速度限制源 )
18	JOGCMD+( 正向点动 )	37	PulseInhibit( 脉冲指令禁止 )

注意：
①、H03-10 请勿设定为上表以外的值。
②、相同 DI 功能不可重复分配。否则，将发生 Er.130(DI 功能重复分配 )。
③、请勿分配了某一 DI 功能，并将该 DI 逻辑置为有效后，再取消该 DI 功能分配，否则该 DI 功能将保持有效！
 
4、H04-00 DO1端子功能选择
 
DO基本功能定义

设定值	DO 功能名称
0	不分配 DO 功能
1	S-RDY：伺服准备好
2	TGON：电机旋转
3	ZERO：零速信号
4	V-CMP：速度一致
5	COIN：定位完成
6	NEAR：定位接近
7	C-LT：转矩限制
8	V-LT：速度受限
9	BK：抱闸
10	WARN：警告
11	ALM：故障
12	ALMO1：输出 3 位报警代码
13	ALMO2：输出 3 位报警代码
14	ALMO3：输出 3 位报警代码
15	Xintcoin：中断定长完成
16	HomeAttain：原点回零完成
17	ElecHomeAttain：电气回零完成
18	ToqReach：转矩到达
19	V-Arr：速度到达

注意：
①、H04-00 的参数值请勿设定为上表以外的值。
②、相同 DO 功能可分配到不同的 DO 端子，包括硬件 DO 与 VDO 端子。
 
5、H05-00 位置指令来源
位置控制模式时，用于选择位置指令来源。
 

设定值	指令来源	指令获取方式
0	脉冲指令	上位机或者其他脉冲发生装置产生位置脉冲指令，通过硬件端子输入至伺服驱动器。硬件端子通过 H05-01 选择。
1	步进量	由参数 H05-05 设置步进量位移。由 DI 功能 FunIN.20 触发步进量指令。
2	多段位置指令	由 H11 组参数设定多段位置功能的运行方式。由 DI 功能 FunIN.28 触发多段位置指令。

 
6、H05-02 电机每旋转一圈的位置指令数
 
7、H05-30 原点复归使能控制，设置原点复归模式及触发信号来源。
 

设定值	触发信号	备注
		原点复归模式	触发信号
0	关闭原点复归	禁止原点复归功能
1	通过DI 输入 HomingStart 信号，使能原点复归功能	原点回零	DI 信号 FunIN.32(HomingStart：原点复归使能 )
2	通过DI 输入 HomingStart 信号，使能电气回零功能	电气回零	DI 信号 FunIN.32(HomingStart：原点复归使能 )
3	上电后立即启动原点复归	原点回零	位置模式下，重新上电，第 1 次伺服使能信号
4	立即进行原点复归	原点回零	位置模式下，伺服使能信号 回零成功后，H05-30=0
5	启动电气回零命令	电气回零	位置模式下，伺服使能信号 回零成功后，H05-30=0
6	以当前位置为原点	原点回零	不需要 回零成功后，H05-30=0

 
8、H11-12 多段位置第 1 段移动位移。
 
9、H11-14 多段位置第 1 段最大运行速度。
 
最大运行速度是指电机不处于加减速过程的匀速运行速度，若 H11-12( 第 1 段移动位移 ) 过小，电机实际转速将小于 H11-14。
 
10、H11-15 第一段位移加减速时间
 
多段位置第 1 段电机由 0rpm 匀变速到 1000rpm 的时间。
 
11、H0C-00 驱动器轴地址
 
0：广播地址，上位机可通过广播地址对所有驱动器进行写操作，驱动器收到广播地址的帧进行相应操作，但不做回应。
 
1~247：当多台伺服驱动器进行组网时，每个驱动器只能有唯一的地址，否则会导致通信异常或无法通信。
 
12、H0C-09 通信VDI，设置是否使用虚拟数字信号输入端子 (Virtual Digital Input，简称 VDI)。
 
VDI 类似硬件 DI 端子，可分配 DI 功能。当使能 VDI 时，相当于扩展 DI 的个数，VDI 个数为 16 个。VDI 与 H03 组 DI 端子分配同一非零 DI 功能，驱动器将发生 Er.130 ！
 
首次上电，VDI 端子逻辑由 H0C-10( 上电后 VDI 默认虚拟电平值 ) 决定。之后，VDI 端子逻辑由 H31-00(VDI 虚拟电平 ) 决定。
 
H0C-10 在面板上显示为十进制，H31-00 面板不可见，转化成二进制后，H0C-10(H31-00) 的 bit(n)=1 表示VDI(n+1) 端子逻辑为“1”，bit(n)=0 表示 VDI(n+1) 端子逻辑为“0”。
 
13、H0C-11 通信VDO，设置是否使用虚拟数字信号输出端子 (Visual Digital Output，简称 VDO)。
 
VDO 类似硬件 DO 端子，可分配 DO 功能。当使能 VDO 时，相当于扩展 DO 的个数，VDO 个数为 16 个。
 
H0C-12 和 H17-32 在面板上显示为十六进制，转化成二进制后，H0C-12(H17-32) 的 bit(n)=1 表示 VDO(n+1) 端子逻辑为“1”，bit(n)=0 表示 VDO(n+1) 端子逻辑为“0”。建议各 VDO 端子逻辑电平设置与 H0C-12 设置成相反的逻辑。
 
14、H11-04 位移指令类型选择
 
0：相对位移指令
1：绝对位移指令
 
15、H17-00 VDI1 端子功能选择，设置 VDI1( 虚拟输入端子 1) 对应的 DI 功能。
 
16、H17-02 VDI2 端子功能选择，设置 VDI2( 虚拟输入端子 2) 对应的 DI 功能。
 
17、H02-01 绝对值系统选择（选择驱动器绝对位置功能）。
 

设定值	绝对值系统选择	备注
0	增量位置模式	驱动器后需要进行原点复归确认机械原点，断电后无位 置记忆功能。
1	绝对位置线性模式	适用于绝对值编码器电机（电机编号 H0000=14101）, 驱动器断电时编码器通过电池备份数据，上电后驱动器 通过编码器绝对位置计算机械绝对位置。
2	绝对位置旋转模式

18、H02-02 旋转方向选择
 
19、H0B-58 机械绝对位置（低 32 位）
 
显示使用绝对值功能时，机械对应的位置反馈低 32 位数值 ( 编码器单位 )。
 
20、H0B-60 机械绝对位置（高 32 位）
 
显示使用绝对值功能时，机械对应的位置反馈高 32 位数值 ( 编码器单位 )。
 
21、H0D-20 绝对编码器复位使能
 
通过设置 H0D-20 复位编码器内部故障或复位编码器反馈多圈数据。
◆注：执行复位编码器反馈多圈数据操作后，编码器绝对位置发生突变，需要进行机械原点复归操作。
  

设定值	功能
0	无操作
1	复位故障
2	复位故障和多圈数据

22、H31-00 通信给定 VDI 虚拟电平
 
使用 VDI 功能时，设定 VDI1~VDI16 对应的 DI 功能电平。
H31-00 为十进制数，在面板上不可见，只能通过通信方式给定。
 
23、H0C-02串口波特率设置（设置驱动器与上位机通信速率），出厂设定值5
  

设定值	波特率设置
0	2400 Kbp/s
1	4800 Kbp/s
2	9600 Kbp/s
3	19200 Kbp/s
4	38400 Kbp/s
5	57600 Kbp/s

伺服驱动器的通信速率必须和上位机通信速率一致，否则无法通信。
 
24、H0C-25 MODBUS 指令应答延时，设定范围0-5000,出厂设定值1。
 
25、H0C-26 MODBUS 通信数据高低位顺序，设置使用 MODBUS 通信时，针对 32 位数据的传送格式。出厂设定值1。
 

设定值	32 位数据高低位顺序
0	高 16 位在前，低 16 位在后
1	低 16 位在前，高 16 位在后