PLC与变频器通讯的一般做法.doc

27利用MODBUS实现西门子PLC与ABB变频器的通信控制 作者：佚名发表时间：2008-12-24阅读：515变频器广泛应用于各行各业，但因其显示面板简单，且在对数据的处理、计算、保存等方面存在弱点，在一定程度上影响了变频器在复杂控制系统中的应用。尤其在许多台变频统一控制应用中，控制线缆的敷设也加大了成本和故障率;不过，通信技术与变频器相结合可以弥补这些缺点，可以利用PLC与变频器之间的通信功能实现远程控制，同时增强了变频器对数据处理、故障报警等方面的功能。 在自动化控制领域，随着分布式控制系统的发展，在工业上的分布式控制系统中，采用串行通信来达到远程信息交换的目的更简便。发展起来的RS485是平衡传送的电气标准，在电气指标上有了大幅度的提高。由于其性能优异，结构简单，组网容易，组网成本低廉，RS485总线标准得到了越来越广泛的应用，同时，在RS485总线中采用的 MODBUS协议是公开的通信协议，而且被很多的工控产品生产厂家支持，该协议已广泛应用于水利、水文、电力等行业设备及系统的国际标准中。本文以西门子PLC同ABB变频器的通信为例来阐述采用MODBUS协议实现此方式通信控制的方法。系统配界方案及通信协议1、系统配置方案 在此系统方案中，我们考虑系统的应用成本和实用性，PLC采用西门子公司的SIMATIC S7-226系列，S7-200系列属于小型可编程序控制器，可用于代替继电器的简单控制场合，也可以用于复杂的自动化控制系统。S7-226系列PLC的CPU内部集成了2个通信口，该通信口为标准的RS485口，可在三种方式下工作，即PPI方式、MPI方式相自由通信口方式。PPI(Point-to-Point)是西门子专为57-200系列开发的一个通信协议，为主/从协议，我们可以将第一个口设为PPI方式，用于连接PC机，用来作人机信息交换，而第二个口设为自由通信口方式，自由口通信方式是S7-200的一个很有特色的功能。它是一种通信协议完全开放的工作方式，在该方式下的通信口的协议由外设决定，PLC通过程序来适应外设，从而使得S7-200系列PLC可以与任何具有通信能力的并且协议公开的设备相通信，即S7-200可以由用户自己定义通信协议。采用ABB的ACS800系列变频器时，需配置NNMBA-01适配模块。相关系统构成框图如附图所示。在该系统中，PLC的Port2和变频器构成MODBUS总线，通过S7-226PLC控制多台变频器完成系统控制需要，实现对变频器的速度设定、运行状态监控及参数交换等。 2、网络协议 在本系统中，S7-226系列PLC作为主站，变频器作为从站时，主站向变频器传送运行指令，同时接受变频器反馈的运行状态及故障报警状态的信号。变频器与NMBA-O1通信适配器模块相连，接入MODBUS网中作为从站，接受从主站SIMATIC S7-226来的控制。NMBA-O1通信适配器模块将从MODBUS网中接收到的过程数据存入双向RAM中的每一个字都被编址，在变频器端的双向RAM可通过被编址参数排序，向变频器写入控制字、设置值或读出实际值、诊断信息等参量。 变频器现场总线控制系统若从软件角度看，其核心内容是现场总线的通信协议。MODBUS通信协议的数据电报结构分为协议头、网络数据和协议层。MODBUS通信协议，是一种串行的、非同步的主从通信协议，网络中只有一个设备能够建立协议，其他的设备只能通过提供数据响应主机的查询，或根据查询做出相应的动作。MODBUS协议定义了主机查询的格式，其包括:主从机的编址方法(或广播)，要求动作的功能代码，传输数据和错误校验等，或不能完成主机要求的动作，它将组织一个故障作为响应。MODBUS协议不需要特别的接口，典型的物理接口是RS485。在MODBUS通信网络中，一般提供中ASCII和RTU两种通信模式。本控制系统中，S720OPLC通过自由口编程支持MODBUS协议，可以灵活运用ASCII和RTU两种通信模式，ABB变频器支持MODBUS中的RTU通信模式。3、系统实现 在本控制较难做的是对S720OPLC自由口的编程，通过编制MODBUS协议来实现通信和对变频器的控制，自由口的编程尤以CRC校验程序最为关键，所以仅在此文中将通信程序中的CRC校验程序列出，供读者参考，其余不在赘述;而在ABB变频器上，只需对几项参数进行相关的设置就可以了。 (l)MODBUS通信格式 MODBUS协议定义了两种传输模式，即RTU和ASCII。发送同样的数据时，RTU模式的效率大约为ASCII模式的两倍。一般来说，数据量少而且主要是文本时采用ASCII;通信数据量大而且是二进制数值时，多采用RTU模式。 主站一次可向一个或所有从站发送通信请求(或指令)，主设备通过消息帧的地址域来选通从设备。主站发送的消息帧的内容和顺序为:从站地址、功能码、数据域(数据起始地址、数据量、数据内容)、CRC校验码;从站应答的信息内容和顺序与主站信息帧基本相同。MODBUS除了定义通信功能码之外，同时还定义了出错码，标志出错信息。主站接收到错误码后，根据错误的原因采取相应的措施。从站应答的数据内容依据功能码进行响应，例如功能代码03要求读取从站设备中保持寄存器的内容。 (2)CRC校验的实现 MODBUS通信的RTU模式中，规定信息帧的最后两个字节用于传递CRC(Cyclic Redundancy Check，循环冗余校验)码。发送方将信息帧中地址域、功能码、数据域的所有字节按规定的方式迸行位移并进行XOR(异或)计算，即可得到2B的CRC码，并把包含CRC校验码的信息帧作为一连续的流进行传输。接收方在收到该信息帧时按同样的方式进行计算，并将结果同收到的CRC码的双字节比较，如果一致就认为通信正确，否则认为通信有误，从站将发送CRC错误应答。 (3)ABB变频器参数的设置 ABB变频器的寄存器40001为控制字，寄存器40002为给定值1，寄存器40004为状态字，寄存器40005为实际值。 其相关参数设置与说明如下: 9802=STDMODBUS通信; 9807=ABBDRIVES; 5201=1(2,3)变频器站号; 5202=5波特率为960ObiVs; 5203=0无校验; 5003=1.0通信超时时间; 100l=COMM4.CW外部命令1为通信控制; 1003=REQUST电机正反转控制， 1104=0.1频率给定最小单位0.lHz; 1105=50最大给定频率为5OHz; 1601=COMM4.CW(位三)为通信允许运行; 1604=COMM.CW(位7)为故障通信复位。 ABB变频器的菜单参数被一一映射为MODBUS协议的寄存器，MODBUS通信对各寄存器的操作，即实现了对ACS800中与寄存器对应的菜单参数的操作。对应的命令寄存器为40001，对每一台变频器进行控制时，通过计算机给定起停信息。 同时，通过对存储寄存器40004读取，可获得变频器的运行状态等信息，然后通过计算机显示界面，操作人员可以直观地了解变频器运行信息。 (4)程序的设计 控制程序相对来说比较简单，鉴于篇幅所限，不再赘述。您当前的位置：河南变频器维修|变频器维修|变频恒压供水配电柜|直流调速器维修|郑州变频器维修|山西变频器维修| - 技术文章 - 文章内容退出登录 用户管理栏目导航 维修指南 技术文章 变频新闻 工程案例 供求信息 变频应用 变频常识 最新报价 行业咨讯 产品信息 随笔心情 PLC可编程控制器热门文章 组图 变频器电路图. 图文 变频器基本电. 恒压供水控制电路原. 变频器常见的十大故. 变频器原理基础知识. 西门子PLC价格 什么是电机的星三角. 变频器参数设置出现. 变频技术小知识 ABB公司ACS510变频器.相关文章 注意 低价销售台达. 推荐 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（3）RS485为半双工工作模式，其讯号是正负两条线路讯号准位相减而得，是差动式输入方式，抗共模干能力增强，即抗噪声干扰性好；实际应用中其传输距离可达1200米。具有多站能力，即一对多的主从通讯。 3台达PLC的串行通讯功能 台达DVP系列PLC各型主机均内建2个通讯口的标准配置，即一个RS232和一个RS485通讯口，其RS232口主要用于上下载程序或作为与上位机、触摸屏通讯，而RS485口主要用于组建485网络，实现通讯控制。尤其值得一提的是EH机型可通过通讯功能卡扩充一个RS232或RS485通讯口，使得在组建多重通讯网络更加方便。 相对于通讯口的硬件配置，台达PLC在软件指令上对通讯的支持也是相当丰富和便利，主要通过以下三种方式完成485通讯功能： 3.1自由通讯方式 该方式通过串行数据传输指令RS来完成主站与从站之间的数据交换，可以实现无协议的自由通讯。许多接口设备如变频器、仪表等若配备RS-485串行通讯，且该设备之通讯格式也有公开即可由PLC使用者以RS指令设计程序来传输PLC与接口设备之间数据。 3.2MODBUS通讯方式（GB/Z19582） MODBUS协议是目前国际上公开的标准串行通迅协议，也是中华人民共和国国家标准化指导性技术文件GB/Z19582：基于Modbus协议的工业自动化网络规范。台达PLC通讯符合MODBUS协议，并且台达其它产品如变频器、温控仪、司服控制器等485通讯均符合MODBUS协议，对于符合MODBUS之通讯格式的产品，台达PLC提供了更加便利的通讯指令MODRD、MODWR、MODRW来实现数据的读写，程序编写中不需关注传送的字符，校验码的转换等等，只需要确定通讯地址及写入读出的数据即可，不过在多指令读写时需要考虑通讯时序问题，避免通讯冲突。 3.3台达PLC最有特色的通讯命令EASYLINK 基于MODBUS通讯协议，台达EP/EH系列PLC机型提供了更为方便快捷的通讯方式EASYLINK。EASYLINK通讯是台达PLC最有特色的通讯命令，可以提供主站与32个从站通讯，每个从站读写各100项数据的能力，且不需要复杂编程即可高速快捷的完成通讯控制，节省大量的编程时间。 综合比较上述三种通讯方式，自由通讯方式的编程最为复杂，但它可以与非MODBUS协议的设备通讯，设备选择自由灵活不受限制；MODBUS通讯方式的编程则简单的多，且也具有一定的编程灵活性，如可优先与某个从站通讯；而EASYLINK通讯方式是针对符合MODBUS协议互连设备最简单的通讯方式，几乎不需要编程即可完成，不需要考虑半双工通讯方式中通讯时序问题，只需要指定读出写入数据的寄存器和数据项数，启动LINK连接即可完成设备之间的数据通讯。因此对于符合MODBUS协议的设备建议采用LINK通讯方式。 3.4串行通讯工程要点问题 在工业自动化控制中，有许多数据信号需要采集、处理，特别对于远距离的设备，一般的传感器电压讯号如果传输距离过远的话，会造成讯号的衰减，如此一来，将得不到正确的结果，因此，采用传感器讯号就地处理，而数据传输通过数字通讯方式能够有效的解决这一问题，保证数据的正确性与准确性；但通讯同样也会受到外界的干扰，使得通讯质量下降，甚至根本无法建立通讯。要保证通讯正常，在组建通讯网络时应该注意以下几点： （1）保证通讯协议一致，所有联机之从站接口设备波特率及通讯格式需与主站相同，合理分配各从站的站地址，避免地址冲突。 （2）合理布线，减少外界干扰对通讯的影响。走线走得好，可以很大程度减少干扰的影响，提高通讯的可靠性，走线应遵循两个原则：远离电源线，变频器等干扰源；当网线不能与电源线等干扰源避开时应与电源线垂直，不能平行，并采用质量高的双绞线走线 （3）通讯速率的选择，一般来说提高通讯波特率能够提高通讯效率，但并非一味的提高就肯定好，传输速率的提高同时加大了传输错码率，使传输质量下降，特别是在工业控制场合外界干扰比较大的情况下，有时适当降低传输速率会得到更好的传输效率。 （4）正确编制通讯程序。PLC通讯程序的编制在实现串行通讯中也是非常关键的一步，一个合理的通讯程序能够提高通讯效率，而不完善的通讯程序则会导致通讯效率下降，甚至通讯失败，使PLC出现运行错误。由于RS485通讯采用半双工的工作模式，因此通讯程序的编写主要是对通讯指令的分时处理程序，在此用以下两个通讯程序来描述如何合理编制PLC通讯程序，程序主要是PLC通过485通讯方式读写三台变频器的频率，均实际测试运行过： 3.5台达PLC通讯程序要点 （1）“固定时序通讯程序”是台达PLC通讯技术工程处理通讯常用方法，利用固定计时的方法来实现分时通讯，这样的写法比较容易造成通讯时序上的问题。Modbus通讯规格是采用主/从模式，也就是主站发通讯命令给从站，从站收到之后再回应主站，这一收一回才算完成一个完整的通讯资料交换，该程序有使用到M1127来判断，但是决定下一个通讯指令是否运行的接点开关却不是由通讯旗标来决定，而是由100ms的timer来决定，这样很容易有问题生成，因为通讯的整个时间包含通讯资料在线上传输的时间加上通讯资料在主/从站处理的时间，若这时间超过100ms，那就很容易造成从站回传，而主站送资料出去，造成资料在线上碰撞，因而影响传输的正确性，如果把timer时间延长，还是会碰到有问题，因为这种写法，通讯旗标的动作与决定传送的旗标本身并未同步，因而会有时间差，造成资料不正确。该程序在EH机型上测试，发现通讯速度比较慢，且读回来的数据有时会发生交叉的现象，即从站2的频率读到从站4的寄存器上，错误读写的情况可见图一。使用这种编程方法在通讯正常时没有问题，一旦当通讯数据错乱时，就会造成数据传送错误，严重时甚至导致PLC死机，参见图1。图1错误读写，红圈部分信道D200数据变为K3000，应该是K1000 （2）“通讯旗标方式程序”是调整后的程序，可以比较一下，其主要区别在于ModbusRead/Write指令在程序使用上搭配M1127,M1129,M1140,M1141来判断，由这几个旗标的状态来决定下一个通讯指令的运行时间，能够很好的处理串行通讯的时序问题，保证通讯的可靠及效率，正常通讯监控画面如图二。在用固定时序通讯中，即使通讯正常完成，那末也要等到100MS以后做下一个通讯，比如写指令通讯完成耗时20MS，则需要等待80MS，降低了通讯效率，而采用通讯旗标会在通讯完成或出现错误的情况下转入执行下一个通讯指令，有效利用了时间，参见图2。图2正常通讯监控画面4台达PLC与松下变频器通讯案例 采用台达ES系列PLC，用通讯方式来改变松下VF0C系列变频器的设定频率，PLC端使用485口，无协议方式来模拟VF0C变频器的通讯协议。 4.1通讯协议 VF0C系列变频器留有485通讯口，并提供内部通讯协议如下： 写：%站号#WD功能号起始地址结束地址数据BCCCR 读：%站号#RD功能号起始地址结束地址BCCCR 如果写正确，返回：%01$WDBCCCR 如果读正确，返回：%01$RD数据BCCCR 分别规定了字节数，在以下表格以写数据为例做详细说明：在松下VF0C系列变频器中，站号默认为01，通讯格式为9600、N、8、1，通讯方式是ASCII方式，数据为十六进制，存储模式为8位模式。设定频率的地址是DT237，而读设定频率的地址为DT133，而且在DT237和DT133的数据都是以0.01Hz为单位的。下面以写频率为例，来做详细说明。 4.2实例说明 假设要写入的频率是43.5Hz，那么需要写入的数值应为10FE（4350），变频器的存储模式为8位模式，应从低位开始写入，那么应该先写FE后写10。校验码是把从起始码到数据码所有的字节进行异或所得。 XOR：%01#WDD0023700237FE10=52（HEX） 那么得出以下所有通讯格式码： %01#WDD0023700237FE1052CR 通讯方式是ASCII方式，数据是十六进制格式，把这些格式码按正确的次序发出，就可以把数据43.5HZ写入到变频器设定频率DT237中。 4.3梯形图设计 在PLC中，无协议通讯也是从低位开始发送数据的，可选用8位模式和16位模式传送，不同就在于发送数据寄存器中的8位数据还是16位数据，在这里以16位模式做说明。梯形图如下：把格式码数据253031235744443030323337303032333745463130520D按照从低位到高位的顺序依次存入到D0D11中去，占用12个连续的数据寄存器，就是说有24个字节的数据。设定通讯参数9600，N，8，1，ASCII方式，16位模式。当M0接通一次，就可以发送一次数据，写一次频率。4.4程序优化 如果再加上读频率的程序，就可以做成小闭环，完成读写频率的程序优化。因为在写频率的数据发送成功后，可做延时3秒后读频率，在读成功以后，把读回的频率数据和要写入的频率数据做比较，如果相等，则通讯程序停止，如果不相等，再执行写频率读频率比较。5结束语 综上所述，台达PLC具有强大的串行通讯功能，且相关应用指令丰富，能够很好的完成各种通讯需求，合理利用通讯功能将大大降低设备的制造成本，节省配线，提高抗干扰能力，由于台达产品均符合MODBUS协议，因此可以把台达产品通过通讯方式整合在一起，实现各种各样的功能要求。 本日：1 本周：1 本月：5 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a初始化，即向Modbus寄存器40001中写入1142（16进制数为476）并延时100毫秒； b停止电机，即向Modbus寄存器40001中写入1143（16进制数为477）；c启动电机，即向AModbus寄存器40001中写入1151（16进制数为47F例：通讯初始化：发出【02 06 00 00 04 76 CRC校验码】，延时100毫秒；启动电机：发出【02 06 00 00 04 7F CRC校验码】 停止电机：发出【02 06 00 00 04 77 CRC校验码】3.用Modbus修改给定频率的方法主机向通讯给定1（Modbus寄存器40002）中写入设定的频率数值（范围020000（换算到01105给定1最大），或200000（换算到1105给定1最大0）； 例如：若110550.00Hz；发出【01 06 00 01 27 10 CRC校验码】表示修改频率为25.00Hz。Modbus总线控制 ACS510系列变频器的方法7 q# U# p( q) F摘要：文章详细介绍了ACS510系列变频器在Modbus总线控制系统中的参数设置，数据格式和控制方法。+ k, 4 U: d4 E/ T: b! b; e9 b关键词：Modbus总线 ACS系列变频器# h) x5 a0 uHh1 n1 n2 D2 ( N5 L引言7 tf; r( V& d( W! Q) y0 H Y$ q4 a: c- V0 A现场总线技术已成为世界自动化技术的热点，近年来在我国工业自动化系统中已受到关注并推广应用。ABB公司的ACS系列变频器由于其优异的性能，在各个行业得到大量应用。其中ACS510、ACS550、ACS350等系列变频器中均内置了Modbus现场总线，本文以ACS510系列变频器为例，详细介绍用Modbus总线系统控制ACS510系列变频器的方法，希望对广大工程技术人员有所帮助。4 ?$ f7 i% ! b0 ! J9 e* f8 V2 1 7 O4 m6 w! s% L5 i& E! 9 l% h二ACS510变频器参数的设置步骤：0 e- D6 8 g* 1 L8 s1将参数9802（COMM PROT SEL）改为1（STD MODBUS）；0 Y+ W1 b( 8 j2设置RS485链路的站点地址即参数5302（EFB STATION ID）；（我试验用参数53021）, r: H* . g+ w! E3根据主机系统的要求，设置波特率、数据长度和校验方式即参数5303和参数5304；（我试验用参数53039.6kbit/s，参数53041（8N2）9 3 I0 V$ Y5 g& S5 e8 4设置参数5305为0；8 Zf+ z9 g- k) x5变频器中其他组参数组，如10组、11组、16组等根据用户的不同要求设置。& Z( S* a- L3 U5 _3 ! q6 X; % k8 d& o3 n* v, aB; r* G7 R0 G8 & a: i# M, R( y; V2 F/ y+ _; V l三用ABB传动通信协议的控制字CW控制电机起停的简易方法0 l3 y3 H: E. W+ ! F, K$ s5 T1设置变频器参数1001为10（通讯）；( 0 Y) 5 g1 U7 G0 h2初始化变频器控制字CW，即向ABB传动通信协议的控制字CW（Modbus寄存器40001）中写入1142（16进制数为476）10001110110；7 / I) E% k$ B& j7 v8 u2 t& W, x. F3延时100毫秒后，进入步骤3；4 q. G- N3 P9 x% A/ ) Y4停止电机，即主机向ABB传动通信协议的控制字CW（Modbus寄存器40001）中写入1143（16进制数为477）10001110111；$ g& % p) N8 g) z) ?# + p. N8 a2 C4 V3 J. z; m5启动电机，即主机向ABB传动通信协议的控制字CW（Modbus寄存器40001）中写入1151（16进制数为47F）10001111111；* % b1 Q C, Q4 w例如