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Comunicação MODBUS RTU entre S7 1200 e SINAMICS V
Como fazer comunicação MODBUS RTU entre CPU S7 1200 e S INAMICS V
Mateus Pinheiro Camargo 20/04/
Edson Camillo Giaccheto
Objetivo : Exemplificar como se configura uma comunicação MODBUS RTU. É mostrado um exemplo de como configurar os blocos de comunicação por protocolo MODBUS RTU para comunicação de CPU S 1200 com inversor SINAMICS V20.
Aviso : Este documento apresenta dicas e exemplos sobre o produto e supõe que o leitor possua conhecimento básico prévio sobre o mesmo. Para informações completas e atualizadas, deve-se consultar o manual do produto. O intuito deste texto é meramente didático, podendo ser alterado pela Siemens sem aviso prévio. Os exemplos devem ser adaptados ao uso final e exaustivamente testados antes de utilizados em projetos reais.
Índice
- Procedimento........................................................................................................................................ 2
Softwares e Hardwares utilizados:............................................................................................................ 2 Parametrização do SINAMICS V20 ............................................................................................................ 3 Escolha da Macro de Conexão .............................................................................................................. 3 Exibição dos dados do processo recebidos via MODBUS RTU em RS485............................................. 4 Exibição dos dados do processo transmitidos via MODBUS RTU em RS485. ....................................... 5 Esquema de Ligação da Rede Modbus RTU .......................................................................................... 6 Configuração da comunicação no PLC ...................................................................................................... 8 Parametrização do bloco MB_COMM_LOAD ..................................................................................... 12 Parametrização do bloco MB_MASTER para leitura de variáveis do drive ........................................ 14 Parametrização do bloco MB_MASTER para escrita de valores no Sinamics V20.............................. 17
- Referências.......................................................................................................................................... 20
- Suporte técnico ................................................................................................................................... 20
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1. Procedimento
Softwares e Hardwares utilizados:
Step 7 Basic V13 SP1 (TIA Portal); S7 1200 – CPU 1214C DC/DC/DC; CM 1241 (RS485); SINAMICS V20 - 3ɸ AC400V 0.37KW UNFILTERED Motor 3ɸ de indução gaiola – 0.18KW 60Hz cosɸ 0.
Figura 1 – Comunicação MODBUS RTU entre Sinamics V20 e S7-1200.
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Exibição dos dados do processo recebidos via MODBUS RTU em RS485. O inversor SINAMICS V20 possui o parâmetro de leitura “r2018”, através desse parâmetro é possível visualizar os dados que o inversor está recebendo da rede MODBUS RTU em RS485. O parâmetro “r2018” possui oito índices, onde cada índice representa uma palavra de controle recebida pelo inversor de frequência.
Por padrão de fábrica, a palavra recebida no índice “Zero” do parâmetro “r2018” é a Palavra de Controle Ativo 1 (r0054), que representa entre outras coisas o comando de ON/OFF1 do inversor. Já o índice “Um” do parâmetro “r2018”, recebe por padrão de fábrica o valor de setpoint de frequência. Quanto aos outros índices, esses ficam disponíveis para receber quaisquer outras palavras que se deseje transmitir através da rede de comunicação.
A Figura 3 representa o diagrama do parâmetro de leitura “r2018”.
Figura 3 – Parâmetro de Leitura “r2018”.
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Exibição dos dados do processo transmitidos via MODBUS RTU em RS485. O inversor SINAMICS V20 possui o parâmetro de escrita “P2019”, nesse parâmetro são definidos os dados que serão transmitidos do inversor de frequência para rede MODBUS RTU em RS485. O parâmetro “P2019” possui oito índices, onde cada índice representa uma palavra transmitida pelo inversor de frequência.
Por padrão de fábrica, a palavra transmitida no índice “Zero” do parâmetro “P2019” é a Palavra de Status Ativo 1 (r0052), que representa a primeira palavra de status ativo do inversor, usado para diagnosticar status do inversor como falha ativa, por exemplo. Porém, todos os índices desse parâmetro ficam disponíveis para serem configurados com palavras que se deseje transmitir através do inversor.
A Figura 4 representa o diagrama do parâmetro de escrita “P2019”.
Figura 4 - Parâmetro de Escrita “P2019”.
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A Figura 6 ilustra o módulo e a placa de conexão RS485 para o CLP S7-1200.
Figura 6 - Módulo de Conexão RS485.
Por fim, quando se utiliza cabos com meio físico RS485 juntamente com conectores Pinos DB (CM 1241) é importante conferir a pinagem como mostra a Figura 7.
Figura 7 – Pinagem RS485 com Conector DB9.
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Configuração da comunicação no PLC
Para realizar a comunicação MODBUS RTU entre a CPU S7 1200 e o drive Sinamics V20 será necessário que o programador configure os blocos de comunicação MODBUS do software Step 7 (TIA Portal) que são MB_COMM_LOAD e MB_MASTER. A configuração será feita em três passos: 1) Parametrização do bloco MB_COMM_LOAD, 2) Parametrização do bloco MB_MASTER para leitura de variáveis do drive e 3) Parametrização do bloco MB_MASTER para escrita de valores no Sinamics V20. Antes da parametrização dos blocos é preciso adicionar os blocos no programa do PLC, criar as DB's que serão utizadas pelos blocos e habilitar os bits da memória de relógio e sistema. Primeiramente, vamos habilitar os bits da memória do S7 1200.
Depois de adicionado ou detectado o hardware que será utilizado na comunicação no software Step 7 (TIA Portal), o programador deve seguir o seguinte caminho na árvore do projeto do PLC: Device Configuration >> Properties >> System and clock memory e ,então, selecionar " enable the use of system memory byte " e " enable the use of clock memory byte ", escolhendo o byte da memória do CLP que será utilizado para armazenar essas tags. Segue figura ilustrativa:
Figura 8 – Habilitando os bits da memória do S7-1200.
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Figura 10 – Blocos de comunicação nas respectivas Networks.
Observação 01: Quando os blocos de comunicação MB_COMM_LOAD e MB_MASTER são adicionados, automaticamente são criados os instances DB's desses blocos, ou seja, quando o bloco for arrastado para as linhas do programa aparecerá um Pop Up sobre a criação dos DB's. Nesse exemplo, os blocos de comunicação foram associados aos DB'S 2 e 3.
Observação 02: Os blocos de comunicação MB_COMM_LOAD e MB_MASTER só podem ser utilizados uma vez por programa, ou seja, se o programador deseja reutilizar os blocos para comunicar com mais de um drive Sinamics V20, ele deve criar um FB com esses blocos e chamar essa FB mudando os parâmetros de acordo com a necessidade.
Na sequência deve se criar os DB's globais que serão utilizados para armazenar os valores das variáveis do inversor Sinamics V20, esses DB's estarão associados ao bloco MB_MASTER. Criou-se dois DB's globais, 1 e 4, sendo o DB1 para leitura de variáveis e o DB 4 para escrita no drive.
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Figura 11 - Criação das DB’s Globais.
Observação 03: Por padrão do software step 7 (TIA Portal), quando um data block é criado, ele é criado como um bloco " optimized ". Para os blocos de comunicação essa função não pode ser habilitada, pois existe uma incompatibilidade. Desse modo, o programador deve desabilitar essa função nas propriedades do DB. Segue imagem ilustrativa:
Figura 12 – Desabilitando a função Optimized das propriedades do DB.
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Figura 15 – Configuração do parâmetro MB_DB. Para que possamos fazer a verificação dos possíveis erros de comunicação com o bloco, é importante que o programador adicione uma linha de código para armazenar o status do bloco (código de erro) quando o bit de erro do bloco estiver ativo. Para isso, é adicionado um memória booleana no parâmetro " ERROR " do bloco e uma memória word no parâmetro " STATUS ", depois faz se um linha onde é transferido o valor do status de erro para um memória word auxiliar toda vez que o bit de erro estiver ativo. Segue imagem ilustrativa:
Figura 16 - Configuração dos parâmetros ERROR e STATUS.
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Por fim, o bloco “ MB_COMM_LOAD ” no final deve estar como a figura a seguir:
Figura 17 – ERROR e STATUS configurados.
Parametrização do bloco MB_MASTER para leitura de variáveis do drive A instrução MB_MASTER permite que o programa criado comunique como um mestre MODBUS usando como porta de comunicação um módulo ponto a ponto (CM) ou uma placa de comunicação (CB). O programador pode acessar os dados de um ou mais escravos MODBUS. Antes de a instrução MB_MASTER poder comunicar com a porta escolhida, a instrução MB_COMM_LOAD deve ser executada. Um instance DB é criado quando se insere no programa o bloco MB_MASTER. Como falado anteriormente, o programador deve especificar qual o DB da instrução MB_MASTER no parâmetro MD_DB da instrução MB_COMM_LOAD.
O parâmetro "REQ" da instrução MB_MASTER é configurada para requisitar dados (valor 1) ou não requisitar dados (valor 0) do MODBUS slave. Nesse exemplo, foi utilizado o bit do system memory " alwaysTrue " que é um bit que sempre está ativo (valor 1).
Figura 18 – Parâmetro REQ.
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Figura 20 – Configuração do Bloco MB_MASTER para leitura de variáveis.
Figura 21 – Tensão no Link DC e Corrente de saída do inversor.
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Para testar a comunicação foram monitorados os valores do DB no PLC com o drive ligado e o motor parado e com o drive ligado e o motor rodando a 60 Hz, desse modo, obtivemos:
Sinamics V20 ligado - Motor parado:
Figura 22 – Primeira leitura das variáveis do inversor.
Sinamics V20 ligado - Motor em 60 Hz:
Figura 23 – Segunda leitura das variáveis do inversor.
Observação 04: Os valores mostrados são respectivamente 523 V e 0.72 A.
Parametrização do bloco MB_MASTER para escrita de valores no Sinamics V Para a configuração da instrução MB_MASTER para escrita no PLC é necessário fazer algumas alterações nos parâmetros do bloco. Nesse exemplo, vamos enviar o comando de ON/OFF1 e setpoint pela rede para o Sinamics V20. O primeiro parâmetro do bloco da instrução que deve ser alterado é o "MODE", como agora será realizado a escrita, o valor do parâmetro MODE do bloco MB_MASTER deve estar em “1”.
Para fazer o procedimento de “Liga” do Sinamics V20 e envio de setpoint é necessário que se escreva valores na primeira control word (PZD1) e segunda control word (PZD2) de comunicação do drive. Na tabela de funções MODBUS a primeira control word se encontra no endereço 40100 e a segunda control word no endereço 40101.
Figura 24 – Endereços da Tabela MODBUS para Primeira e Segunda Control Word.
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Para testar a configuração do bloco e a comunicação com o Sinamics V20, foi criado uma Watch Table no projeto para que os valores das words do DB4 fossem modificados. Assim, enviamos na primeira Control Word o valor 16#47F para partir o drive e depois enviamos 16#4000 (equivalente a 60 Hz, valor nominal do motor desde que a frequência de referência seja 60Hz, vide Parâmetro P2000) na control Word 2 do setpoint.
Figura 27 – Watch Table para teste de controle via rede.
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2. Referências
Manual do step 7 basic V13 SP
Link: https://support.industry.siemens.com/cs/br/pt/view/89336297/en
Manual do SINAMICS V
Link: https://support.industry.siemens.com/cs/br/pt/view/
Observação: A Tabela de Mapeamento Modbus encontra-se a partir da página 158 do manual do SINAMICS V20.
3. Suporte técnico
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