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              利用MX系列PLC的MODBUS功能控制多臺MIKOM變頻器的系統設計
              2017-11-10 08:00:00

              一、前言
              變頻器廣泛應用于各行各業。但變頻器顯示簡單、硬件連接控制的缺點一定程度上影響了其在復雜控制系統中的應用?刂品椒ㄖ饕3種:第一種是操作面板控制,先設置參數,再通過面板上的運行停止按鍵控制;第二種是變頻器的功能端子控制,如控制段速和啟動停止;第三種是模擬量輸入端口控制,外接0~10V或4~20mA信號進行調速。

              以上這三種方法都只能控制變頻器的部分功能,如模擬量控制還存在控制精度和干擾問題,使用外接電位器由于需要頻繁調整,故障率較高,因此不能對整個系統進行精確控制,尤其是對于有多臺變頻器的控制系統。這樣就在一定程度上影響了變頻器在復雜控制系統中的應用。

              通過變頻器本身的基于485總線的通訊接口的通訊控制方式,可以滿足變頻器在復雜系統中的各種要求?梢詫崿F遠程網絡化、數字化的精確控制。本文以MX系列PLC為例,介紹如何利用PLC16臺變頻器通過MODBUS協議進行控制,使得電機轉速、方向、轉矩以及變頻器運行參數等控制變得十分容易和精確。


              二、MODBUS簡介
              Modbus通訊協議,是一種串行的、非同步的主從通訊協議,網絡中只有一個設備能夠建立協議,其它的設備只能通過提供數據響應主機的查詢,或根據查詢做出相應的動作。Modbus協議定義了主機查詢的格式,其包括:主從機的編址方法(或廣播),要求動作的功能代碼,傳輸數據和錯誤校驗等,或不能完成主機要求的動作,它將組織一個故障作為響應。Modbus協議不需要特別的接口,典型的物理接口是RS485。在Modbus通訊網絡中,一般提供中ASCIIRTU兩種通訊模式。本文中采用的通訊協議為MODBUSRTU通訊協議。


              三、系統架構及硬件配置
              控制系統由PLC+變頻器組成,PLC采用麥科電氣(MIKOM)生產的MX2H-1616MTPLC,變頻器采用麥科電氣(MIKOM)生產的MV300系列變頻器。PLC通過485通訊接口用屏蔽雙絞線連接到各個變頻器內置RS-485接口上,構成Modbus-RTU協議通信的傳輸通道。系統結構如下圖:


                                   圖1 系統架構圖


              四、MODBUS協議的設置
              在MXProgrammer軟件中,在工程管理器下雙擊系統組態→硬件設置→MX2H-1616M,在PLC通訊口(PORT1)參數設置中,選擇Modbus協議,單擊Modbus設置,進行Modbus參數設置,如下圖:

                                                   圖2 Modbus參數設置

              本文中選用的MODBUS的波特率為38400,8,N,2,RTU模式。PLC為主站地址設為17(注意:主站不能向自己的地址發送數據,所以主站的地址要和從站的地址設成不同),各個變頻器為從站,地址為116,波特率設為與主站相同。

              變頻器的設置:因為本設計中主要是實時控制變頻器的頻率,所以需要將F00.01(主設定方式)設置為2,即Modbus通訊給定。

              通過變頻器的F52(通訊參數)菜單,可以對變頻器的通訊參數進行設置。如下表:

              將P52.00設置為0x03,P52.01設置為1~16,PF52.02設置為0.0,P52.03設置為5ms。
              同樣,Modbus實時調節變頻器的轉矩需將P03.02(轉矩給定選擇)設為6(Modbus通訊給定),再通過Modbus寫指令更改轉矩所對應地址中的數據。MV系列變頻器的大部分參數都可以通過Modbus協議進行遠程改寫和讀取,這樣控制系統和變頻器之間的聯系更加靈活、智能。


              五、程序設計
              在MX2H系列PLC中,進行Modbus通訊有兩種方式,一種采用Modbus指令,要求使用者對Modbus協議的指令格式有一定了解;另一種MODRD/MODWR指令,這條指令為集成指令,不要求使用者對Modbus指令了解,更適用于初次使用的用戶,F分別概述如下:
              1.使用Modbus指令與變頻器通訊
              Modbus指令為主站通訊指令,指令格式如下:


              S1:指定通訊通道(范圍1~3)S2:發送數據起始地址牋 D:接收數據起始地址
              (1)作為主站,調用該指令,把從S2開始保存的數據發送出去,然后接收數據,并保存到D開始的地址單元中。
              (2)作為從站,接收和發送數據不需要指令控制。
              使用Modbus指令需要分配數據緩沖區并對其賦值。寫字節設置程序如下圖:


                                                                              圖3 寫字節設置
              在此例中對寫指令的字節解釋如下:
              第1字節為Modbus地址;
              第2字節為Modbus功能碼,此處為16即16#10,為寫字節命令;
              第3字節為Modbus寫命令的起始地址高位,此處為59;
              第4字節為Modbus寫命令的起始地址低位,此處為01;與3字節合成一個地址,此處為59.01即為功能碼的F59.01,就是主頻率給定。如果想要對其他的功能碼對應的數據進行修改,需要將第3、第4字節的數據更改為相應的功能碼地址。
              第5、6字節為Modbus寫數據的保存數據數(WORD);
              第7字節為Modbus寫數據的字節長度(byte);
              第8字節、第9字節為Modbus的保存數據1;在本例中如果想要更改變頻器的頻率,只要在這2個字節中寫入相應的頻率即可。
              第10、11字節為Modbus的CRC校驗和。
              讀字節設置程序如下圖:


                                                                           圖4 讀字節設置程序
              在此例中對讀指令的字節解釋如下:
              第1字節為Modbus地址;
              第2字節為Modbus功能碼,此處為03即16#03,為讀字節命令;
              第3字節為Modbus寫命令的起始地址高位,此處為59;
              第4字節為Modbus寫命令的起始地址低位,此處為01;與3字節合成一個地址,地址可以根據自己的實際需求自行設定。
              第5、6字節為Modbus讀數據的數據長度(WORD);
              第7、8字節為Modbus的CRC校驗和。
              本例中,Modbus通道采第一通道,即PORT1。為了保證快速、實時的控制變頻器,定時中斷采用輪流發送Modbus指令的方式。在應用程序中MX系列PLC的SM124(PORT1空閑標志)作為輪發的計數器,使整個系統能夠在發送成功的第一時間發送下一站數據,縮短了整個系統Modbus的通訊掃描時間。定時中斷時間設為2ms,中斷程序如下:


                                                                               圖5 中斷程序
              以1站為例,寫數據時發送Modbus指令存于D1000開始的發送緩沖區中,變頻器回應的數據存于D1060開始的緩沖區中;讀數據時發送Modbus指令存于D1120開始的發送緩沖區中,接收數據存于D1180開始的緩沖區中。用戶可根據需要,按照Modbus讀指令回應的格式,找到相應數據后進行處理。

              2.使用MODRD/MODWR指令與變頻器通訊
              MODRD/MODWR指令為集成化Modbus指令,使用簡單方便,具體格式如下:
              MODRD指令格式如下:

              S1:指定通訊通道(范圍1~3) S2:從站站號(范圍1~31) S3:MODBUS起始地址
              S4:要讀取的元件個數D:接收數據起始地址
              (1)作為主站,調用該指令,將從站站號為S2,起始協議地址為S3開始的S4個數據讀取過來,保存到D開始的地址單元序列中。
              (2)讀取的元件類型由接收數據的起始地址決定,若接收數據的起始地址為M元件,則讀取的元件類型為位元件;若接收數據起始地址為D元件,則讀取的元件類型為字元件。

              3.作為從站,被讀取數據不需要指令控制
              MODWR指令格式如下:


              S1:指定通訊通道(范圍1~3)� S2:從站站號(范圍1~31)S3:MODBUS起始地址
              S4:要寫入的元件個數D:寫數據的起始地址
              (1)作為主站,調用該指令,將D開始的S4個單元中的數據寫入到站號為S2,起始協議地址為S3的元件中。
              (2)寫入的元件類型由寫數據起始地址決定,若寫數據起始地址設為M元件,則要寫入的元件類型為位元件;若寫數據起始地址為D元件,則要寫入的元件類型為字元件。
              (3)作為從站,被寫入數據不需指令控制。
              從指令介紹中可以看出,MODRD和MODWR指令集成度更高、程序更簡單、使用更加方便。用戶不需對Modbus指令十分了解,只需設定好通訊通道、站號、指令起始地址、元件個數和數據起始地址即可,減少了用戶的工作量,方便用戶使用。MX系列PLC的MODRD和MODWR指令的操作數據可以為D或M,這樣使Modbus指令更靈活。
              使用MODRD和MODWR指令不需要對緩沖區進行初始化,簡單、高效,減少程序量。程序同樣使用定時中斷來發送Modbus數據,定時程序部分如下:


                                                                           圖6 定時程序

              從程序中可以看出,本例中使用的是PORT1,變頻器地址分別為1、2、3,讀寫均為1個字節。如果需要對1號站的變頻器的頻率進行改寫,則D100中的數據應為16#3B01,即高字節為10進制“59”,低字節為10進制的“01”,若想對其他地址進行操作,則在D100中寫入對應功能碼地址即可。


              六、結束語

              實踐應用中Modbus控制變頻器取得了很好的效果。整個系統的自動化程度有很大提高、連線簡單、相對于傳統的電位器調節模式和PLC+DA的調節模式,有成本低、精度高等優勢。采用現場總線技術進行自動化控制,已經是工業控制領域的潮流。本方案在印刷行業得到了廣泛的應用。



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