在工业自动化系统中，PLC 与变频器的配合就像 “大脑” 与 “肌肉” 的协作：PLC 负责发出指令（如启动、调速、停机），变频器则驱动电机精准执行。其中，西门子 S7-1500 PLC 与变频器的通讯是工厂常见配置，掌握其接线与编程，能轻松实现电机的智能化控制。本文用 “手把手” 方式，教你完成从硬件接线到软件编程的全流程。

一、通讯前的准备：搞懂 “为什么通讯” 和 “用什么通讯”

1. 为什么需要通讯？

• 布线复杂：控制启停、调速、故障反馈需要多根线；
• 精度低：模拟量信号易受干扰，转速控制误差大；
• 功能少：无法实时读取电机电流、温度等关键数据。

2. 选哪种通讯方式？

• 速度快：传输速率可达 100Mbps，满足高频调速需求；
• 距离远：单根网线可传 100 米，适合工厂大范围布线；
• 易扩展：后期增加设备（如触摸屏、传感器）无需重新布线。

二、硬件接线：3 步完成物理连接

准备材料

• S7-1500 PLC（如 1511-1PN，自带 PROFINET 接口）；
• G120 变频器（需带 PROFINET 模块，如 PM240-2 + CU250S-2 PN）；
• 屏蔽网线（工业级，带金属屏蔽层，减少干扰）；
• 电源：PLC 需 24V 直流电源，变频器需 380V 交流电源；
• 电机：根据变频器功率匹配（如 1.5kW 电机配 1.5kW 变频器）。

接线步骤

第一步：接电源，确保 “上电安全”

• PLC 电源：将 24V 直流电源的 “+” 接 PLC 的 L + 端子，“-” 接 M 端子（注意正负极别接反，否则会烧模块）；
• 变频器电源：380V 三相电（L1、L2、L3）接变频器的输入端子（R、S、T），接地端子（PE）接工厂接地网（必须接地，防触电和干扰）；
• 电机接线：电机的 U、V、W 端子接变频器的输出端子（U、V、W），电机外壳接地（与变频器 PE 端子相连）。

第二步：连通讯线，建立 “数据通道”

• PLC 侧：用网线连接 S7-1500 的 PROFINET 接口（通常标有 “PN/IE”）；
• 变频器侧：用网线连接 G120 CU250S-2 模块的 PROFINET 接口（标有 “PN”）；
• 进阶技巧：若多台设备通讯，可通过交换机扩展（PLC→交换机→变频器 / 其他设备），避免 “级联过多导致信号延迟”。

第三步：检查接线，排除 “隐性故障”

• 用手轻拉各接线端子，确保无松动；
• 用万用表测电源电压：PLC 侧 24V±5%，变频器输入 380V±10%；
• 剥网线时别伤到内部铜芯（屏蔽层需与设备接口的屏蔽壳接触，增强抗干扰能力）。

三、软件编程：用 TIA Portal 实现 “指令互通”

准备工具

• 编程软件：TIA Portal V16 及以上（兼容 S7-1500 和 G120）；
• 固件包：需提前安装 G120 变频器的 GSDML 文件（可从西门子官网下载，用于在软件中识别变频器）；
• 编程电缆：用网线将电脑与 PLC 的 PROFINET 接口连接（或通过交换机连接）。

编程步骤

第一步：硬件组态，让 PLC “认识” 变频器

1. 打开 TIA Portal，新建项目，添加 S7-1500 PLC（如 CPU 1511-1PN）；
2. 右键点击 “PROFINET 接口”，选择 “添加设备”，在弹出的窗口中搜索 “G120”，选择对应型号（如 CU250S-2 PN）；
3. 设置 PROFINET 地址：给 PLC 和变频器分配不同的 IP 地址（如 PLC 设为 192.168.0.1，变频器设为 192.168.0.2），子网掩码均为 255.255.255.0；
4. 点击 “编译”，确保硬件组态无错误（若提示 “GSD 文件缺失”，需重新安装对应固件包）。

第二步：设置报文，定义 “通讯内容”

1. 双击变频器设备，在 “属性→PROFINET 接口→报文” 中，选择 “标准报文 111”（常用类型，包含 8 字节输入 / 8 字节输出）；
   • 输出区（PLC→变频器）：控制字（启动 / 停止）、转速设定值等；
   • 输入区（变频器→PLC）：状态字（运行 / 故障）、实际转速、电流等。
2. 点击 “应用”，确保 PLC 与变频器的报文编号一致（否则会出现 “通讯中断”）。

第三步：编写控制程序，实现 “电机调速”

1. 定义变量（在 PLC 数据块中）：
   • 控制字（DB1.DBW0）：0 = 停止，16#047F = 启动（G120 标准控制字）；
   • 转速设定值（DB1.DBD2）：0-16384 对应 0-50Hz（16384 是 16 位最大值）；
   • 状态字（DB1.DBW6）：读取变频器是否运行（如 16#0008 表示运行中）；
   • 实际转速（DB1.DBD8）：读取当前电机转速（单位：r/min）。
2. 编写启动逻辑：
   • 当 “启动按钮”（I0.0）按下，将控制字设为 16#047F；
   • 当 “停止按钮”（I0.1）按下，将控制字设为 0。
3. 编写调速逻辑：
   • 用 “滑块输入”（如 IW200，0-27648 对应 0-10V）转换为转速设定值：DB1.DBD2 = IW200 * 16384 / 27648；
   • （公式说明：将模拟量输入范围转换为变频器可识别的转速范围）。

第四步：下载程序，验证通讯

1. 点击 “下载”，将硬件组态和程序下载到 PLC（需确保 PLC 处于 “停止” 状态）；
2. 给 PLC 和变频器上电，将 PLC 切换到 “运行” 模式；
3. 测试功能：
   • 按启动按钮，电机应转动，变频器状态灯显示绿色；
   • 调节滑块，电机转速应随之变化；
   • 在 TIA Portal 的 “在线监控” 中，可看到实际转速、电流等数据（若数值为 “7FFF”，说明通讯未通，需检查报文设置）。

四、常见问题：3 个 “坑” 要避开

1. 通讯时断时续：
   • 原因：网线接触不良或未接地，干扰导致信号丢失；
   • 解决：更换屏蔽网线，确保屏蔽层可靠接地，远离强电电缆（如 380V 动力线）。
2. 电机不转，报 “通讯故障”：
   • 原因：PLC 与变频器 IP 地址冲突，或报文编号不一致；
   • 解决：在 TIA Portal 中重新分配 IP（确保唯一），核对双方报文设置（必须相同）。
3. 转速偏差大：
   • 原因：转速设定值的转换公式错误；
   • 解决：确认变频器的 “最大频率” 参数（默认 50Hz），公式中 16384 需与该值对应（如 60Hz 则用 16384*60/50）。

总结