变频器与主设备串行通讯方式及其程序设计获奖科研报告

变频器与主设备串行通讯方式及其程序设计获奖科研报告

摘要：本文以三菱E700变频器为例，介绍了变频器作为从设备与PC、PLC、HMI等主设备之间的通讯实现过程。在分析了计算机链接协议、MODBUS-RTU的概念和信息格式基础上，分别设计了各种串行通信的控制系统。为技术人员全面理解、掌握目前变频器的串行通信提供参考依据。

关键词：变频器;串行通讯;变频器;Modbus-RTU

Absrtact：takingMitsubishiE700inverterasanexample，thispaperintroducestherealizationprocessofcommunicationbetweenslaveequipmentandmainequipmentsuchasPC，PLC，HMI.Basedontheanalysisofthecomputerlinkprotocol，theconceptofMODBUS-RTUandtheinformationformat，variousserialcommunicationcontrolsystemsaredesigned.Itprovidesareferencefortechnicianstounderstandandmastertheserialcommunicationofcurrentfrequencyconverter.

Keywords：inverter

serialcommunication

Modbus-RTU

0引言

现在变频器的控制方法大约可分为3种：外部端子控制、模拟量控制和通信控制。

外部端子控制接线多，可控速度固定，不能根据反馈实时调节。模拟量控制易受干扰，控制距离不长。而通信控制就没有这些问题。简单的接线，就可以同时使用一台设备控制多台变频器，还可以实时采集变频器的状态数据。在如今，这种控制方式已经逐渐成为主流。

三菱E700变频器通过自带的PU接口与主设备实现串行通信。本文从系统硬件连接，各器件的参数设置以及程序编寫等方面，全面讲解变频器与主设备间串行通信方式实现的过程。

1.通信方式与通信协议

1.1.通信方式：设备间的基本通信方式有串行通信和并行通信两种，串行通信又分为异步通信和同步通信两种方式。本文所介绍的变频器与主设备的通信方式属于串行异步半双工通信。

1.2.通信协议：三菱变频器的PU接口是一个4线制的485通信口，PU端口各引脚定义见图1。E700的PU接口支持计算机链接和Modbus-RTU两种协议。变频器使用PU接口与主设备通讯时，要求主设备硬件上配有485接口。

1.2.1计算机链接

计算机链接协议是三菱公司为了解决计算机与FX系列PLC子站间通信问题而设计的专用协议集，该协议集是一种典型的面向字符的命令响应型通信协议。[5]

1.2.2Modbus-RTU协议

Modbus协议可分为ModbusASCII和Modbus-RTU两种，它是Modicon公司为PLC上的应用而开发的通讯协议。Modbus协议使用专用的信息帧，在主设备与从设备间进行串行通讯。专用的信息帧具有能读取和写入数据的功能，使用这一功能可以从变频器读取或写入参数、写入变频器的输入指令以及确认运行状态等。[6]

1.3E700与PC的计算机链接通信的实现

1.3.1硬件连接

将需要通信设备的通信口先连接起来。通用的PC串口需要使用转换器将RS232转为485接口。可以使用RS-232/RS-485无源转换器来连接PC的串口和变频器的PU口。

1.3.2参数设置

根据PC各个引脚的定义正确连接后，需要在两台设备上设置通信的速率和格式。在Windows操作系统中，可以在设备管理器中修改端口选项中用到的通信端口的属性，将参数设置的和变频器端一样。变频器端通过设置Pr.117～Pr.124来实现[6]（具体参数对照变频器手册）将参数设置的和PC端一样。至此，PC和变频器之间就能够互相通信了。

设置Pr.549，将变频器使用的协议设置为计算机链接协议。将变频器设置为网络模式。

1.3.3报文格式

要控制变频器，PC端必须发送符合计算机链接通信协议的报文给变频器来进行控制。可以使用软件来发送报文。报文的格式为：控制码+从设备站号+命令代码+等待时间+数据+求和校验码[6]。变频器收到正确的报文后，会进行相应的操作，然后会发送一条报文来报告执行的结果。更具返回的报文能知道执行的结果或查询的数据。返回的报文格式为：控制码+从设备站号+读取代码+数据结束+求和校验代码[6]。

1.3.4实现方式

使用友善串口调试助手进行通信操作。打开串口调试软件，设置串口参数，选择Hex模式，点击打开串口，发送十六进制数“053031666132323931”，如图2。变频器执行正转高速。

1.4E700与PLC的Modbus-RTU通信的实现

1.4.1硬件连接

本次使用的是FX3UPLC，需安装一块FX3U-485-BD模块。将变频器的PU口与通讯模块连接，完成硬件接线。

1.4.2参数设置

变频器与PLC需设置相同的传输速率，数据长度，奇偶校验以及停止位。PLC侧选择为无协议通讯，变频器通过修改Pr.549更改为Modbus-RTU协议。最后将变频器更改为网络模式。

1.4.3程序编写

程序方面使用串行数据传送指令RS2指令。如图3。

该指令是用于通过安装在基本单元上的RS-485串行通讯口进行无协议通讯，从而执行数据的发送和接收的指令。其中指的是：保存发送数据的数据寄存器的起始软元件;m指的是：发送数据的字节数（设定范围：0～4096）;指的是：数据接收结束时，保存接收数据的数据寄存器的起始软元件;n指的是：接收数据的字节数（设定范围：0～4096）。n1指的是：使用通道编号（设定内容：K0：通道0、K1：通道1、K2：通道2）。[7]

报文的格式为：地址区域+功能区域+数据区域+错误校验区域。程序如图4。

程序中的16进制数需从低位至高位来看，将D0至D2中的数据解析为：010600010001，从左往后逐个解读：01是从设备地址，06是写入功能代码，0001是变频器Modbus寄存器，0001是向寄存器中写入的数据。以上程序是让变频器执行复位操作。

1.5E700与HMI的Modbus-RTU通信的实现

1.5.1硬件连接

本次使用的是昆仑通态的MCGS触摸屏。需要自制一根9针D型母头转RS485的通讯线，方便与变频器PU端连接。DB9针母头转RS485接线图如图5。

1.5.1组态与参数

触摸屏设备组态选择：通用串口父设备→莫迪康ModbusRTU。

变频器与触摸屏需设置相同的通讯波特率，数据位位数，数据校验方式以及停止位位数。变頻器通过修改Pr549更改为Modbus-RTU协议。最后将变频器更改为网络模式。

1.5.2触摸屏调试

触摸屏动画组态如图6。

添加变频器Modbus寄存器40009，写入十进制数10，变频器执行正转、高速指令。

2.延伸

在以上的实验中，调试可得知变频器作为从设备是不会主动向主设备PLC发送信息，属于半双工的传送方式。实验现象表明由主设备发送请求给从设备，从设备做出应答，由此可得出是异步通信方式。

其实，本次的系统通信结构不仅仅指限于本次使用型号的设备。总结下来可以分为2层：硬件层和协议层。如果设备之间的硬件层相同，使用相同的协议，也可以进行通信。比如三菱E700变频器与触摸屏通信、西门子S7200变频器与PC通信，甚至变频器与安卓手机通信。每家公司变频器的协议并不相同，台达变频器使用的是M