西门子plc与步进电机modbus通讯应用实例

1、MODBUS通信实例介绍

　　标准步进电机运行安静，振动更小，并集成了14位高分辨率编码器，用于位置反馈。闭环控制，定位后不失步骤保持稳定，无振荡，根据负载自动调节电流输出，降低温升。在满足节能和高承载要求的情况下，它可以取代传统的步进电机。

　　步进电机的传统应用如图1所示：

　　1、MODBUS通信实例介绍

　　标准步进电机运行安静，振动更小，并集成了14位高分辨率编码器，用于位置反馈。闭环plc控制系统，定位后不失步骤保持稳定，无振荡，根据负载自动调节电流输出，降低温升。在满足节能和高承载要求的情况下，它可以取代传统的步进电机。

　　步进电机的传统应用如图1所示：

　　‍图1.传统的步进电机应用‍

　　传统步进电机应用的缺点：

　　集成度低，占用空间大，布线麻烦，安装麻烦，成本高;

　　开环控制精度通常较低，无自动校正能力;

　　故障率高，维护成本高;

　　内部I/O未集成，需要用户增加硬件扩展并增加用户成本;

　　每次需要打开它时，都需要找到零点。它不支持断电维护;

　　无法进行自我诊断。

　　针对步进电机应用中的上述问题， 推出了具有MODBUS总线功能的集成步进电机。产品涵盖42系列57系列和86系列。它可以使用带有MODBUS总线扩展的plc控制系统。

　　集成步进电机的主要特点：

　　CAN& CANOPEN& Modbus总线连接，分布式控制;

　　用于本地控制信号反馈控制的集成IO;

　　集成步进电机驱动器;

　　丰富的报警功能;

　　独特而有效的原点设定方法;

　　闭环控制;

　　独特而有效的原点设定方法;

　　在线升级计划。

　　集成了闭环步进电机解决方案：

　　‍图2. 集成闭环步进电机应用‍

　　本文重点介绍了通过PLC的RS485通讯扩展接口和集成电机进行MODBUS通讯，从而进一步控制电机的运行。在本例中，应用了STM42系列，STM57系列和STM86系列的集成步进电机。集成电机充当Modbus从站，支持标准MODBUS-RTU协议。 Modbus协议的通信模式是单主/多从模式。只有主站可以发出查询(查询)，从站执行查询所需的处理，并回复响应信息。

2、硬件连接

　　2.1硬件目录

　　1.PLC Modbus-RTU通讯接口

　　2.闭环步进电机：国产

　　3.连接端子1

　　4.几根电源线

　　5.集成闭环步进电机Modbus 通信线路一

　　2.2集成闭环步进电机和西门子plc硬件连接

‍西门子 PLC Modbus主站最多可支持32个集成闭环步进电机从机‍

3、一体化闭环步进电机Modbus通信参数设置

集成闭环步进电机通信参数设置从机地址：00，波特率: 9600bps，数据位: 8 停止位: 1 校验位：无;

　　从机地址设置范围：0-127;

　　注意：有关集成闭环步进电机地址，波特率，网络数据格式和其他参数的更改，请参阅《一体化闭环步进电机MODBUS总线用户手册》。

4.西门子plc编程软件建立PLC工程

　　4.1建立新项目

　　双击西门子plc编程软件图标，然后在项目新目录中选择一个新项目。 西门子plc软件编程窗口会自动弹出新的项目文件设置窗口。

      4.2Cnet参数设置

       在此窗口中，您可以设置通信参数，如Cnet通信模式和波特率。在此示例中，通信波特率为9600，数据位8，停止位1，奇偶校验位NONE。在本例中，选择PLC 与使用Modbus协议的集成闭环步进电机通信，PLC是Modbus主站。闭环步进电机是从机，因此使用操作模式通道1：XGTSever，通道2：P2P。

5、西门子PLC 程序编写

       5.1MODBUS通信注册通信

       西门子plc与集成闭环步进电机MODBUS通讯寄存器的对应关系如下：

        Modbus -RTU协议和西门子PLC 功能块规范中功能代码和寄存器的分配：

       将从地址读为0，地址为21个单寄存器数据。相应的消息如下：

       请求消息

        回复消息

由主站D00050为首的四个寄存器数据值存储在以起始地址51为首的四个字寄存器中，从地址为0.相应的消息如下：

　　由主站D00050为首的一个寄存器数据值存储在以0x40051为首的字寄存器中，从地址为0.相应的消息如下：

　　如有疑问，请参阅《Modbus协议的工业自动化网络规范》和李迈生《一体化闭环步进电机Modbus总线用户手册》

　　5.2 P2P频道设置

　　要创建P2P通信块，请在主程序编辑窗口树结构中右键单击“NEW PLC [B0S0内置Cnet]”并选择“添加项目”，然后选择“P2P通信”。

　　5.3 P2P通信Modbus功能块调用

　　P2P通信Modbus功能块调用

　　P2P通信Modbus功能块配置注释：

　　设置驱动程序以在P2P通道的Modbus功能块中选择Modbus RTU Client;

　　需要在P2P通道的Modbus功能块中选择P2P功能：读写;

　　如果写一个保持寄存器，则应选择P2P通道中Modbus功能块的消息模式：1 个体。如果应选择写入多个保持寄存器：2 连续;

　　如果写一个保持寄存器，则应选择P2P通道中Modbus功能块的消息模式：1 个体。如果应选择写入多个保持寄存器：2 连续;

　　P2P通道中Modbus功能块中的相对站号是Modbus从站地址。

　　5.4 编写PLC程序和变量定义

　　在本例中，西门子PLC 用作Modbus主站，向从站集成闭环步进电机发送三条消息，实现集成步进电机在定位模式下的定长运动。 Modbus通信消息如下：

　　00 10 00 51 00 01 02 00 06 集成闭环步进电机状态从无故障切换到准备启动;

　　00 10 00 51 00 04 08 00 4F00 01 00 00 00 64 发送目标位置和方向;

　　00 10 00 51 00 01 02 00 5F 集成闭环步进电机操作。

　　开始通过XG5000编程软件编写plc程序，双击主程序编辑树结构中的“变量/注释”并输入变量定义表：

　　评论和变量

　　变量定义完成后，双击主程序树结构窗口中的“NewProgram”

　　‍6、程序运行与监控

　　硬件连接完成并确认后，可以调试下载程序。

　　‍器件寄存器监视器‍

　　‍Modbus主消息触摸屏监控‍

　　7、总结

　　根据上面的例子，集成步进电机具有高集成度，与传统的运动方案相比，可以大大减少布线和安装，并且可以充分节省安装空间，防止烧坏等损坏保护措施，特别是适用于更换多个电机设备使用，集成IO和同步功能，CAN& CANOPEN& Modbus总线连接，分布式plc控制系统。用户可以方便地监控生产过程，收集数据和分析数据，形成高度灵活，个性化和网络化的生产链。为了满足工业4.0，工业互联网，物联网和云计算的发展需求，它提供了一种解决方案，可以替代传统的步进电机，实现用户的智能制造，同时节省用户成本。