利用Modbus转PN模块快速实现西门子PLC的Modbus通讯

admin · 发表于 2021-11-19 11:54:47

在水厂自控系统中，经常用到485接口的Modbus-RTU通讯设备，例如配电室的多功能电量采集仪表、进出水站房的水质分析仪表、各种液体或气体流量计等。自控系统采集这些Modbus-RTU设备数据的方法一般有两种：常用的方法是利用CPU的485接口或配置485通讯模块，通过编写Modbus通讯程序读取数据；另外一种简单方法是利用Modbus-RTU转Modbus-TCP模块，通过上位机软件直接读取数据。第一种方法需要 plc带有485接口并支持Modbus通讯，或者采购专用的485接口模块，造价较高且需要编写Modbus轮询程序，程序处理不好的话容易发生故障或者刷新较慢的情况；第二种方法实现简单，但是读取的数据通常是原始数据，需要利用上位机进行转换，且多台上位机并行时需要重复向子站读取数据，容易产生通讯冲突造成通讯失败。

本次给大家分享的HJ6302模块是一款国产的通讯网关模块，它支持Modbus-RTU与ProfiNet的双向通讯，并且该模块不需要在PLC内编写Modbus通讯程序，只需要利用专用软件配置通讯参数和命令后导出GSDML文件，然后将文件导入PLC硬件配置，数据会自动映射到PLC的输入输出地址，使用非常方便。

测试环境

1. HJ6302模块1个（充当Modbus主站和PN-IO）

2. Modbus-RTU接口通讯温湿度传感器2个（充当Modbus子站）

3. 西门子1214PLC一台（充当PN主站）

4. HJ6302配置软件PROFINET-6300-配置软件+V-1.3.E-1

5. plc编程软件TIA V15

6. 笔记本电脑1台

测试目标

1. 通过HJ6302配置Modbus-RTU参数和通讯命令。

2. 通过TIA编程软件导入HJ6302配置文件，实现PLC读取温湿度数据。

测试步骤

一、HJ6302模块设置

1. 将电脑IP地址设置为与要测试的PLC和HJ6302模块同一个网段，本次测试给电脑配置的IP地址是192.168.10.200，计划给PLC配置的IP地址是192.168.10.100，给HJ6302模块配置的IP地址是192.168.10.101。将电脑、PLC和6302模块连接到同一个局域网内。

2. 关于6300网关的IP地址：打开6302配置软件如下，6302网关没有默认IP，选择电脑指定网卡点击“搜索”软件将自动搜索局域网内的6300网关设备并根据电脑IP地址段自动分配一个临时IP地址给6300网关，该IP地址只用于配置网关参数，重新上电后将消失。正式通讯时，PLC会根据网关名称自动将硬件配置的正式IP地址分配给6300网关，因此不需要通过配置软件给6300设置固定IP地址，只需要设置网关设备的名称，并在TIA编程时配置相同的名称和需要的IP地址即可。

3. 关于网关命名：搜索到6300网关后，先点击设备并右键选择“读取<从设备>”将网关配置上载到电脑，并在“设备名称”处根据需要重新命名网关。PN通讯需要使用设备名称和IP地址，此处配置的设备名称必须与TIA软件中配置的一致，PLC才能搜索到网关设备并分配正式IP。

设备命名规则如下：

（1）必须以字母开头，可以使用英文字母（建议小写）和阿拉伯数字；

（2）可以使用中横线“-”，不能使用下划线“_”；

（3）命名不能与同网络的其他设备冲突，

4. 设置Modbus-RTU参数和命令

a) 根据需要设置COM1和COM2的类型、波特率和数据结构，通讯模式选择“RTU/Master”表示6300网关作为Modbus主站。也可以根据需要选择其他通讯模式，本次实验未做测试。

b) 点击右下角的“新加”按钮添加Modbus通讯命令。网关支持常用的Modbus命令。其中设备ID代表子站的通讯站号（十进制），寄存器地址为偏移地址（十进制），数量为从寄存器地址开始需要读取的字数（十进制）。本次使用的温湿度传感器地址信息如下表：

c) Profinet断网关闭输出：使能后如果PN通讯中断网关将输出命令复位。

d) PN在线轮询：使能后只有PN在线时才执行Modbus通讯命令；不使能则一直执行Modbus通讯命令。

e) 实时写：使能后每次轮询都执行写命令；不使能则只有在写数据变化后才执行写命令，以提高485总线利用率。

5. MODBUS-TCP/IP地址：作为Modbus-TCP网关使用时可以通过该菜单设置固定IP，本次测试不使用。

6. 下载参数：配置结束后，选择网关模块，右键选择“更新<到设备>”即可将配置下载到6300网关，下载后可以通过“重新启动设备”重启网关模块使配置生效。可以再次搜索网关模块，读取配置信息检查是否配置成功。

7. 生成GSD文件：配置结束后，选择生成GSDML文件，软件将自动生成TIA配置所需的GSD文件。

二、TIA编程配置

1. 新建项目，选择1214CPU，并配置IP地址等参数。

2. 安装GSD文件：点击菜单栏“选项”，选择“管理通用站描述文件”弹出下图窗口，选择刚才生成的GSD文件所在的文件夹，并在识别的GSD文件中选择“安装”。

3. 导入6300网关：在右侧硬件目录中“其他现场设备”目录中找到HJ6300网关，并拖入项目，并把其分配给1214CPU。

4. 配置6300参数：名称必须与上一步骤中设置的网关名称一致，并根据需要设置正式IP地址。

5. 查看地址映射：配置完毕并编译后，可以通过地址总览查看系统分配的地址映射信息，2个测试温湿度传感器的数据分别映射到IW2~IW25和IW26~IW49。

6. 查看通讯数据：下载PLC程序，并在变量表中建立数据变量，在线监控，可以看到数据已经成功读取到PLC。

测试总结

1. 经过测试，实现了通过PN网络采集Modbus-RTU数据，通讯稳定，不需要编写轮询程序。

2. 不同485通道可以设置不同的波特率等参数，使用比较灵活。

3. 网关名称命名非常重要，必须保证网关名称和TIA软件内配置的一致，否则通讯失败。

4. 网关IP地址在配置阶段可以不设置，当网关与PLC连接后PLC将自动把设置的正式IP地址配置给网关。

5. 网关与PLC通讯正常后不要再用指定网卡的方式搜索网关，这样电脑会再次给网关配置临时IP造成通讯中断，要选择所有网卡模式。

6. 修改网关配置之前需首先上载配置，修改完毕需重启网关使配置生效。

7. 如果PLC连接的PN模块较多，可加大更新时间至8~10ms。

8. 网关将数据映射到PLC的过程映像区，1200系列PLC的IO过程映像区分别只有1024字节，1500系列PLC的IO过程映像区至少32K字节，这个算是这种方式的一个缺点，如果要通讯的数据量大于PLC的IO过程映像区就不能用这种方式了。

通过测试发现PN网络还是具有很强大的通用性和兼容性，西门子系统也变得越来越开放，我们可以选择不同厂家的设备尤其是国产设备，可以让我们的系统有更高的性价比。

来源：西门子工业技术论坛

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