西门子S7-300PLC借助于MPI转以太网模块同时和400PLC、触摸屏以及Modbus RTU协议的变频器通讯案例

汇聚之精 2025-07-31 共4171人围观

1.行业背景与项目痛点分析

1.1行业选择：医药自动化生产

医药行业对生产过程的精确控制、数据追溯和系统稳定性要求极高。随着GMP认证标准的不断提高，制药企业需要更智能的自动化控制系统来实现药品生产的数据采集、设备监控和质量追溯。本项目选择制药厂配液系统自动化改造作为典型应用场景。

1.2项目核心痛点

通讯接口限制：

现场S7-300 PLC（CPU 315-2DP）仅有MPI/DP接口，无法直接与带网口的S7-400 PLC通讯

现有MPI接口已连接触摸屏，传统方案会占用通讯口影响HMI操作

设备协议兼容问题：

需要采集多台Danfoss FC302变频器的运行数据（支持MODBUS RTU协议）

S7-300无原生串口模块，无法直接读取变频器参数

系统扩展瓶颈：

若采用西门子原厂CP343-1模块，成本高昂且需要重新配置硬件组态

传统MPI转PROFIBUS方案通讯速率低，无法满足实时数据交互需求

医药行业特殊要求：

系统改造不能影响现有生产流程

需要完整的数据记录功能满足GMP审计要求

2.整体解决方案设计

2.1 关键设备选型

设备类型	具体型号	核心功能
主控PLC	西门子S7-300 CPU 315-2DP	配液系统主控制器
上级PLC	西门子S7-400 CPU 416-3 PN/DP	车间级MES系统对接
人机界面	西门子KTP1200 Comfort	配液参数设置与监控
变频器	Danfoss FC302 7.5kW	驱动搅拌电机，支持MODBUS RTU
通讯模块	捷米特ETH-S7300-JM02 Plus	MPI转以太网+MODBUS RTU采集

2.2网络拓扑架构

2.3 方案创新点

MPI接口智能复用：

通过以太网桥接器实现MPI信号与以太网信号并行传输

HMI保持原有MPI通讯不受影响

双协议支持：

内置串口转以太网功能，可同时处理S7协议和MODBUS TCP

RS485接口支持MODBUS RTU主站模式

该模块内置专用MPI协议解析芯片，可完美识别S7-300的MPI帧结构，支持PG/OP通讯、S7基本通讯等多种交互方式，可以接S7-400PLC,还可以接触屏，9针口以及485主从站设备解决了普通以太网转换器无法穿透西门子专有协议以及其他设备的技术瓶颈，实现数据的双向透明传输

医药行业适配：

模块通过EMC/EMI测试，符合制药车间电气标准

支持数据加密传输，满足GMP数据完整性要求

3.详细实施流程

3.1 硬件部署阶段

MPI网络改造：

使用专用MPI分支器将原MPI总线一分为二

主线连接捷米特模块，支线连接KTP1200触摸屏

以太网连接：

模块通过M12工业网线接入车间环网

与S7-400建立TCP连接（端口102）

变频器接线：

模块RS485端子（A+/B-）接变频器通信卡

终端电阻拨码开关设置为ON（末端设备）

3.2 软件配置步骤

S7通讯配置：

在STEP7中设置：

S7-300 MPI地址：4

HMI MPI地址：2

在STEP7 V5.6中配置S7-400的ISO-on-TCP连接

3.3 系统验证测试

MPI通讯测试：

使用PLC SIM模拟数据交换

验证HMI所有功能正常

以太网性能测试：

通过Wireshark抓包分析

实测通讯周期≤100ms

MODBUS稳定性测试：

连续72小时运行测试

数据丢包率<0.01%

4.应用效果对比分析

评估维度	改造前状况	改造后效果
系统架构	独立控制系统，信息孤岛	全车间设备联网，数据集中管理
通讯方式	人工记录变频器参数	实时自动采集频率、电流等数据
数据延迟	人工巡检间隔2小时	实时监控（500ms刷新）
改造成本	需增加CP343-1（约￥6000）	捷米特模块（￥2200）节省63%
维护复杂度	需要专业调试人员	网页可视化配置，车间电工可维护