M340与ATV71的Modbus串行通信(Modbus通信给定速度数字量输出控制启停)完全通信指导

1、m340与atv71modbus串行通信向导modbus通信给定速度、数字量输出控制启停本向导分为两部分：1.快速操作指南-know how, 满足了客户“快速解决调试问题”的需求。l 发送快-大小在2m左右，能方便快速地通过电子邮件发给客户使用l 调试快-提供了反复调试过的完整准确的plc通信程序，客户可直接下载l 接线快-含有实物照片的通信接线图使客户非常容易理解和模仿，并且快速完成接线l 设置快-图形化的变频器参数设置指导使客户可直接上手设置参数，不用查找手册2.完全通信指导-know why, 满足了客户“系统学习通信知识”的需求。l 知识全-不仅给出了详细的调试步骤和详细解释，还使客

2、户在完成通信的同时系统学习相关的产品和通信知识l 考虑全-对客户调试可能遇到的各种突发情况给出了相关提示和解决方法l 理解易-提供了程序指令和结构的详细注释，使客户能容易的理解和学习提供的标准程序并能在原有程序上进行扩展第二部分完全通信指导m340 modbus serial communication with atv71 edition:2008-7安全信息重要信息注意： 在尝试安装、操作或调试设备之前，请仔细阅读下述说明并通过查看来熟悉设备。下述特别信息可能会在文本其他地方或设备上出现，提示用户潜在的危险和注意事项，或提供阐明或简化某一过程的信息。 这是“警告”的符号。警示用户潜在的危险

3、和必须要遵守的规则，如果不遵守使用说明，可能导致调试失败、人身伤害甚至设备损坏。 这是提醒“注意”的符号。提醒用户需要注意的操作说明。请遵守所有带此符号的注意事项，以避免不必要的调试错误。 警告“警告”表示可能存在危险，如果不遵守，可能导致严重的人身伤害甚至死亡，或设备损坏。注意“注意”表示需要注意的操作，如果不遵守，可能导致调试失败。目录1实验简介42硬软件环境43. atv71变频器设置53.1.1 集成显示终端53.1.2 图形显示终端73.2 参数设置83.2.1 简单启动设置83.2.2 控制方式93.2.3 通信参数164. 硬件连接194.1 m340与atv71的modbus连

4、接194.2 m340数字量输出模块与atv71逻辑输入端子的连接205. plc编程215.1硬件组态215.1.1 组态cpu215.1.2 组态数字量输出模块225.1.3 组态modbus master235.2 atv71 modbus变量说明245.2.1 atv71 modbus内部字245.2.2 atv71 dsp402状态表255.3 通信功能块265.3.1 连续读功能块read_var275.3.2 连续写功能块write_var285.4 编程295.4.1 时间令牌设置295.4.2 读写从站寄存器305.4.3 dsp402流程316. 实验调试316.1 计算机

5、与plc的连接316.2 软件调试326.3 atv71常见通信故障337. 带多台变频器347.1 硬件连接347.1.1 分配器模块和rj45连接器347.1.2 接线盒方式347.2 软件扩展358. 附件378.1 m340示例程序378.2 atv71的modbus用户手册378.3 atv71编程手册37在实际进行通信调试之前，为保证调试安全：1 强烈建议用户不带电机进行通信调试。在此情况下，必须禁止变频器的电机缺相故障opl，详细设置请参照3.2.2 控制方式的禁止变频器opl的说明。2 如果用户的变频器必须要带电机进行通信调试，强烈建议断开电机负载，以避免负载的起动对人身和设备

6、造成危害。3 如果用户的变频器和电机必须带负载进行通信调试，请务必确保电机和负载的启动和运行不会对人身、设备造成危害，以及对生产造成影响。警告1实验简介plc通过modbus监控变频器的运行是工业中较常见的应用，本文以施耐德m340 plc与atv71变频器为例，简要介绍plc与变频器之间modbus串行通信的过程，包括硬件接线、变频器参数设置、硬软件组态、上电调试等，实现在plc上远程控制atv71变频器的故障初始化，启动/停止，正转/反转，频率给定等。 本文只介绍了m340通过do远程控制，modbus通信给定频率的应用，关于modbus通信控制和端子控制混合使用的情况，以及其他施耐德pl

7、c，如premium，twido，quantum与atv71的modbus串行通信，将在本书的其他文章中介绍。2硬软件环境主要硬件如下：类型型号数量参考图片plcm340 p3410001变频器atv711通讯电缆rj45屏蔽双绞线1主要软件：unity pro v3.1。unity pro是施耐德电器支持quantum，premium，m340的通用编程，调试和运行的软件包。3. atv71变频器设置atv71有两种操作面板，分别为集成显示终端和图形显示终端。按照atv71变频器的输出功率大小来分，75kw的atv71变频器标准配置为图形显示终端，无集成显示终端。图形显示终端集成显示终端3.

8、1.1 集成显示终端集成显示终端的屏和键的功能如下：进入菜单或参数，或者保存所显示的参数或值退出菜单或参数，或者放弃显示值以返回内存中的先前值2个canopen总线状态led转到下一个菜单或参数，或者减小所显示的值返回先前的菜单或参数，或者增大所显示的值4个7段显示屏2个modbus总线状态led 按 或 并不能存储选择。 按住或一段时间 (2 s) 就可以快速翻动数据。如要保存和存储所显示的选择：按ent 键。当存储一个值时显示屏闪烁。集成显示面板的菜单如下：无故障出现且没有起动时正常显示：- 43.0： 显示在sup 菜单中选择的参数( 缺省选择：电机频率)- cli：电流限幅- ctl：

9、 输入缺相时受控停车- dcb： 直流注入制动进行中- flu： 电机正在励磁- fst：快速停车- nlp：无主电源(l1，l2， l3上无主电源)- nst：自由停车- obr：自适应减速- pra：断电功能有效(变频器被锁定)- rdy = 变频器已准备好- soc： 运行中切断输出- tun： 自整定进行中- usa： 欠压报警变灰的菜单不能被访问，由访问控制(lac) 设置决定3.1.2 图形显示终端图形显示终端描述：有效控制通道term：端子hmi： 图形显示终端mdb：集成modbus总线can：集成canopen总线net：通信卡app： controller inside 卡

10、频率给定值电机内的电流变频器状态显示行菜单行，显示当前菜单名主显示窗口，显示菜单、子菜单、参数、值、柱状图等显示分配给键f1 至f4的功能功能键esc 按钮：放弃一个值、一个参数或一个菜单，返回以前的选择stop/reset(停车/复位)按钮用于使电机旋转反向的按钮run( 运行) 按钮导航按钮l 按(ent)：-保存当前值-进入所选菜单或参数l 顺时针/逆时针转动：- 增大或减小一个值- 转到下一行或前一行- 增大或减小给定值，如果通过终端控制功能被激活3.2 参数设置3.2.1 简单启动设置在unity premium与atv71进行modbus通信控制之前，首先要保证atv71能单独带电

11、机运行，所以必须对atv71中的简单启动菜单中的参数进行设置。简单启动菜单在集成显示终端中的菜单显示为：简单启动菜单在图形显示终端中的菜单显示为： 自动或按ent键按ent键进入，并旋转导航键选择1.1简单起动按ent键旋转导航键查找并设置参数用户根据自己所带电机的实际应用进行设置3.2.2 控制方式如果采用modbus通信给定速度、do控制命令，需要设置的参数及步骤如下：参数路径参数说明值功能描述ctl-/fr1配置给定1ndb通过modbus通信给定频率ctl-/chcf控制模式设置sepsin组合，控制和频率给定由同一种方式设定；sep分离，控制和频率给定由不同的方式设定ctl-/cd1

12、命令通道1设置ter通过modbus通信控制命令io-tcc控制类型2c2c输入控制运行或停车的打开、闭合状态；3c脉冲控制，正向或反向脉冲控制起动，停车脉冲控制停车。i-o-/rrs反转li2反转控制设置为li2flt-/rst-/rsf故障复位li3故障复位控制设置为li3flt-/opl-/opl电机缺相故障no带小电机试验时，禁止因为输出电流过小出现的电机缺相故障；一般在变频器最小输出电流大于电机额定电流时需要禁止电机缺相故障。配置给定1集成显示终端的设置如下：图形显示终端的设置如下：按ent进入，并旋转导航键选择给定1通道按ent键进入，并旋转导航键选择modbus，按ent确定控制

13、模式设置本例中控制和频率给定全部由通信给定，将控制模式设置为sin组合模式，与出厂设置相同；用户需根据实际情况进行模式选择。集成显示终端的设置如下：图形显示终端的设置如下：按ent键进入，并旋转导航键选择组合模式按ent键进入，并旋转导航键选择隔离通道，按ent确定命令通道1设置集成显示终端的设置如下：图形显示终端的设置如下按ent键进入，并旋转导航键选择命令通道1设置按ent键进入，并旋转导航键选择端子排，按ent确定控制类型设为两线制2c：li1闭合正向运行，断开停车。lix闭合反向运行，断开停车。集成显示终端的设置如下：图形显示终端的设置如下：按ent键进入，并旋转导航键选择2线，按en

14、t确定按ent键进入，并旋转导航键选择2/3线控制反转命令集成显示终端的设置如下：图形显示终端的设置如下：按ent键进入，并旋转导航键选择li2，按ent确定按ent键进入，并旋转导航键选择反转故障复位集成显示终端的设置如下：图形显示终端的设置如下：按ent进入，并旋转导航键选择li3，按ent确定按ent进入，并旋转导航键选择故障复位按ent键进入，并旋转导航键选择故障复位，按ent确定禁止电机缺相故障当变频器最小输出电流大于电机额定电流时需要禁止电机缺相故障。此处是否禁止，视用户测试的状况而定。集成显示终端的设置如下：图形显示终端的设置如下：按ent进入，并旋转导航键选择电机缺相按ent键

15、进入，并旋转导航键选择输出缺相设置按ent进入，并旋转导航键选择否，按ent确定3.2.3 通信参数atv71变频器的modbus通信参数设置需要与plc中的tsxscp114卡的设置保持一致，步骤如下：参数路径参数说明值功能描述con-nd1-/add从站地址3范围1247con-nd1-/tbr通信速率96004.8-4800bps;9.6-9600bps;19.2-19200con-nd1-/tfo通信格式8e18o1:8个数据位,奇校验,1个停止位8e1:8个数据位,偶校验,1个停止位8n1:8个数据位,无校验,1个停止位8n2:8个数据位,无校验,2个停止位从站地址集成显示终端的设置

16、如下：图形显示终端的设置如下：按ent键进入，并旋转导航键选择网络modbus按ent键进入，并旋转导航键选择modbus地址按ent进入，并旋转导航键输入地址3通信速率集成显示终端的设置如下：图形显示终端的设置如下：按ent键进入，并旋转导航键选择网络modbus按ent键进入，并旋转导航键选择modbus比特率按ent进入，并旋转导航键选择9.6kbps通信格式本例中将通信格式设置为8位数据位，偶校验，1位停止位，即8e1，与出厂设置相同；用户需根据实际需要进行设置。集成显示终端的设置如下：图形显示终端的设置如下：按ent键进入，并旋转导航键选择网络modbus按ent键进入，并旋转导航键

17、选择modbus格式按ent进入，并旋转导航键选择8-e-1设置完毕后，关闭变频器电源再重新上电，参数设置才能生效注意4. 硬件连接4.1 m340与atv71的modbus连接只需要一根标准的rj45双绞线作为通信电缆即可，一端插入atv71的modbus通信端口，另一端插入m340 cpu上的串口，连接如下：121标准rj45直连双绞线；2m340 rs485端口定义；4.2 m340数字量输出模块与atv71逻辑输入端子的连接本例采用的m340 do模块为ddm16022的do信号对变频器进行启停控制，之前3.2.2 控制方式中已经对atv71变频器做了编程，分别如下：正转开关li1；闭

18、合正转，断开停止。反转开关li2；闭合反转，断开停止。故障复位li3；闭合后再断开故障复位。atv71的控制端子设置,以及与ddm16022的接线如下：拨到source本文中的数字量输出模块ddm16022需要外供24vdc电源，鉴于变频器的24vdc电源功率限制，所以采用外接24vdc电源，且控制输入接线方式为源极，此时变频器的逻辑输入配置开关必须拨到source/源极。由于变频器的24vdc电源功率较小，强烈建议用户不要使用变频器的24v直流电源为plc的模块供电。本文是以数字量输出模块do作为变频器的逻辑输入，实际应用过程中可以用其他的数字输出设备作为变频器的逻辑输入，如其他数字量输出模

19、块，开关触点，继电器，传感器等。注意5. plc编程本例中的plc组态和编程全部采用unity pro 3.1完成。unity pro是施耐德电器支持quantum，premium，m340的通用编程、调试和运行的软件包，plc编程主要包括硬件组态和软件编程两个部分。5.1硬件组态5.1.1 组态cpu步骤动作&示例1打开unity pro 3.1，并新建一个项目，选择m340系列的p3410002在unity窗口的project brower中双击configuration，打开硬件组态双击打开硬件组态5.1.2 组态数字量输出模块步骤动作&示例1在机架上的实际槽位上添加ddm16022卡。

20、2双击进入卡件配置界面，在左边的菜单中选中卡件，在右边的io objects中将卡件的前三个输出通道分别定义为run_dir，run_rev，rst_fault。5.1.3 组态modbus master步骤动作&示例1双击cpu上的串口，打开进行modbus master组态双击打开 2组态串口为modbus主站，设置和atv71变频器中的通信参数设置保持一致，如下表：参数值描述functionmodbus linkmodbus连接typemasterplc做主站transmission speed9600bits/s通信速率datartu(8bits)数据传送方式stop1bit停止位pa

21、rityeven偶校验停止位校验位数据类型通信速率plc做主站modbus功能 设置完毕后点击确认按钮进行确认。5.2 atv71 modbus变量说明在m340 plc中编写程序，将变频器的内部变量用功能块read_var/write_var映射到本地寄存器，通过对本地寄存器进行读写，来完成对变频器的监控。5.2.1 atv71 modbus内部字在此仅列出本例中使用的atv71内部寄存器以及对应功能,见下表：类型地址代码说明读出变量3201eta状态字3202rfr输出频率写入变量8501cmd控制字8502lfr频率给定对atv71变频器实现modbus通信控制的状态字和控制字说明如下：

22、位状态字eta(w3201)控制字cmd(w8501)bit0通电准备就绪/动力部分线电源挂起上电/接触器控制bit1通电/就绪允许电压/允许交流电压bit2运行被允许/运行快速停车/紧急停车bit3故障允许操作/运行命令bit4电压有效/动力部分线电源有电保留0bit5快速停动保留0bit6通电被禁止/动力部分线电源被禁止保留0bit7报警故障复位/确认故障bit8保留0暂停bit9远程/通过网络给出的命令或给定保留0bit10达到目标/达到给定保留0bit11内部限值有效/给定超出限制正转/反转bit12保留0可分配的bit13保留0可分配的bit14通过stop键停止可分配的bit15转

23、动方向可分配的5.2.2 atv71 dsp402状态表变频器的内部操作遵循dsp402状态表，见下图：上电是故障？eta=16#*8atv故障功能失常否cmd=16#0080故障消失，复位nst或eta=16#*50eta=16#*40通电被禁止cmd=16#0000禁止电压cmd=16#0000禁止电压cmd=16#0000禁止电压cmd=16#0006停车或cmd=16#0000禁止电压cmd=16#0002快速停车或cmd=16#0002快速停车nlp,nst或eta=16#*31eta=16#*21接通准备好fst,dcbeta=16#*17快速停车有效cmd=16#0007接通cm

24、d=16#0006停车cmd=16#0006停车rdy,fsteta=16#*33起动cmd=16#*f激活运行cmd=16#*f激活运行cmd=16#0007禁止运行run,acc,fsteta=16#*37运行被允许cmd=16#0002快速停车5.3 通信功能块在m340中用梯形图指令read_var/write_var对变频器的modbus寄存器进行读写。为方便编程，请先对unity pro中的项目设置进行如下设置：步骤动作&示例1打开tools菜单中的project settings2将language extended页面中的directly represented array v

25、ariables和allow dynamic arrays打勾将directly represented array variables和allow dynamic arrays打勾5.3.1 连续读功能块read_var步骤动作&示例1新建一个梯形图程序梯形图，点击菜单栏中的ffb输入助手，在ffb type中输入read_var或者点击右边的浏览按钮在目录librarycommunication中选择read_var。2按照如下说明对read_var进行定义参数名称类型输入示例注释adr地址索引int0.5addm(0.0.0.3)目标节点地址索引obj读取的数据类型string%mw读取

26、对象的数据类型num读取的起始地址dint3201读取的连续数据的起始地址nb读取数据的数量int10读取的连续数据的数量recp读取数据接收区intm.n%mw50:10本地的连续存储区gest通信报告int0.3%mw14:4记录通信信息的交换管理表输入完毕后分别在步骤321中的点击ok确认输入，并在梯形图中插入read_var块读取数据接收区通信报告区modbus slave地址索引读取的数据数量读取的起始地址读取的数据类型5.3.2 连续写功能块write_var同样的方式可以输入write_var块，参数稍有不同，说明如下：参数名称类型输入示例注释adrmodbus slave地址索

27、引int0.5addm(0.0.0.3)目标节点地址，可通过slave索引地址输入助手进行输入，详见上节的步骤3obj写入的数据类型string%mw读取对象的数据类型num写入的起始地址dint8501读取的连续数据的起始地址nb写入数据的数量int4读取的连续数据的数量emis写入数据发送区intm.n%mw50:2本地的连续存储区gest通信报告int0.3%mw20:4记录通信信息的交换管理表参数设置完毕后模块插入如下：通信报告区写入数据发送区写入数据的数量写入的起始地址写入的数据类型modbus slave地址索引对read_var/write_var功能块的详细说明，参见8.4 u

28、nity pro的通信块库中的read_var/write_var章节。5.4 编程程序分为四个主要部分时间令牌设置：为了实现系统的可扩展性，容许带多个变频器，而在plc的每个扫描周期最多只能有8个通信模块（read_var/write_var）同时处于通信激活状态，那么要控制多个变频器时，需要对变频器进行分时控制，这里设置时间令牌就是为了让多个变频器轮流通信。读写从站寄存器:使用read_var/write_var对变频器寄存器进行读写，且只有当此变频器拿到令牌时才能开始通信。变频器状态：atv71的内部状态字指示变频器所处的状态。5.4.1 时间令牌设置为了实现系统的可扩展性，可对每个mo

29、dbus从站设置一个时间令牌，时间令牌在几个扫描周期内时轮流传递的，每个通信块只有在拿到时间令牌的时候才会和从站进行通信。变量定义在unity pro的elementary variables菜单中，如下图位置：变量说明：名称类型地址值注释token_nint%mw110变频器令牌总数q_resetebool%m15输出自动复位c_tokenint%mw2当前令牌值梯形图程序 5.4.2 读写从站寄存器对变频器的内部寄存器的读写来控制atv71变频器，读写相互锁定不能同时进行。变量说明：名称类型地址值注释read_varadrarray0.5 of intaddr(0.0.0.3)modbus

30、从站地址为3objstring%mw读取的数据类型为字numdint3201读取modbus从站的首地址nbint2 读取字的个数gestarray0.3 of int%mw13:4读取通信报告区recparraym.n of int%mw17:2读取字在本地的存储区write_varadrarray0.5 of intaddr(0.0.0.3)modbus从站地址为3objstring%mw写入的数据类型为字numdint8501写入modbus从站的首地址nbint2写入字的个数gestarray0.3 of int%mw20:4写入通信报告区emisarraym.n of int%mw2

31、4:2写入字在本地的存储区梯形图程序5.4.3 dsp402流程atv71的内部状态转换都遵循dsp402流程，本例中dsp402流程结束后变频器会自动进入就绪(ready)状态。变量说明：定义变频器的操作和状态变量：名称类型地址值注释faultebool%m1变频器故障readyebool%m2变频器就绪runningebool%m3运行梯形图程序：6. 实验调试用户在上电调试之前，请务必确保plc，变频器以及所带的电机的接地安全，以避免因接地问题而可能造成的人身伤害和设备损坏。警告6.1 计算机与plc的连接本例使用m340较常用的usb连接方式，一根usb电缆(一般家用的usb电缆即可)

32、实现快速连接，usb电缆的一头插入m340 cpu的usb端口，另一端插入计算机的usb端口，连接完毕后m340上电。当计算机右下角会自动加载图标后，才能在unity pro中进行软件连接，如下：步骤动作&示例1将unity pro的连接模式切换到标准模式：standard mode为标准模式；simulation mode为仿真模式。2设置plc连接方式为usb，media输入sys。3地址设置完毕后点击test connection进行连接测试，测试成功后会显示如下提示：测试连接成功后点击ok确定set address设置。4连接plc。连接成功后，unity 软件的下方状态栏会显示当前p

33、lc的状态。6.2 软件调试unity pro连机后，下载程序，运行m340，打开在线监控表:如下：当fault=1时，用rst_fault复位；当ready或standby=1时，设置run_dir=1，freq_set为100，变频器就可以以10hz的速率运行。按照当前状态操作后续状态的顺序，对变频器操作如下：当前状态操作后续状态unity监控表atv71unity监控表atv71ready=1/就绪rdy/就绪run_dir1/正转running1/运行当前输出频率run_rev1/反转running=1/运行运行状态，显示当前输出频率run_dir0/停止ready=1/就绪rdy/就

34、绪run_rev0/停止1freq_set100/给定频率freq_out2(-)10010.0/输出频率fault=1/故障rst_faulton_plus/故障复位ready=1/就绪rdy/就绪1 在出厂设置默认分辨率时，freq_set为实际输出频率的10倍。2 当变频器反转时，输出频率显示为负数。atv71内部详细操作流程，请参照5.2.2 atv71 dsp402流程。本例的详细程序请参见8.1 m340程序。本例中变频器采用是无电机测试，调试时给定变频器频率10hz，运行安全。因此，强烈推荐用户在进行在线通信调试时1， 如果用户变频器采用无电机进行调试，可按照本例中的输入频率进行

35、设定；2， 如果用户变频器带有负载进行调试，请务必确保变频器的给定频率在负载和环境的安全应用范围之内，不会对人身和设备造成安全影响。警告6.3 atv71常见通信故障1出现通信故障或者变频器故障时，变频器会自动停止输出。在此例中，常见故障是slf(serial link fault)通信故障，通信故障之后10秒变频器会自动停止输出，并在液晶显示器上显示slf。几种常见的故障原因解决方案如下：故障起因故障现象解决方案恢复运行变频器显示变频器输出硬件线路故障slf11约10秒后停止输出，frq_set保持检查并恢复硬件线路通信自动恢复，fault1，复位rst_fault=1plc断电约10秒后停

36、止输出，frq_set保持plc重新热启动通信自动恢复，fault1，复位rst_fault=1plc热启动如10秒内不能启动，则停止输出，frq_set保持通信自动恢复，fault1，复位rst_fault=1cpu停止运行约10秒后停止输出，frq_set保持plc启动通信自动恢复，fault1，复位rst_fault=1plc冷启动rdy/就绪立即停止输出，变频器复位，frq_set清零plc冷启动通信自动恢复110秒为atv71变频器modbus超时的出厂设定值，即在10秒之内如果没有检测到modbus请求或接收信号，会报slf1故障。此时间默认为出厂设定值10秒，见8.3atv71编程手册的菜单com-/nd1-/tto。故障排除且复位后，变频器状态回到ready，变频器液晶显示rdy(就绪)或nst(自由停车)后，变频器才能启动。其他更多atv71变频器的故障原因解决方案，请参照8.3atv71编程手册的故障原因解决方案章节。7. 带多台变频器本例只是对单个变频器进行控制，对于多个变频器连接的情况，需要对硬件和软件进行扩展。7.1 硬件连接施耐德提供专门的连接器来进行扩展，主要有两种扩展的方式。7.1.1 分配器模块和rj45连接器使用施耐德的标准扩展设备，通过分配器模块和rj45连接器方式进行扩展。1，modbus主站，plc或者pc