基于M odbus協(xié)議實現(xiàn)施耐德PLC與變頻器的通信
2015-12-28 來源：龍曉華方大特鋼科技股份有限公司 作者：鮑文戩
摘 要：隨著工業(yè)自動化的技術發(fā)展，工業(yè)控制已從單機控制走向集中控制，工業(yè)控制系統(tǒng)已經(jīng)呈現(xiàn)出網(wǎng)絡化的發(fā)展趨勢。其中Modbus協(xié)議是當今工業(yè)領域應用最為廣泛的現(xiàn)場總線協(xié)議之一，可以用來實現(xiàn)不同現(xiàn)場總線系統(tǒng)的集成。基于Modbus協(xié)議的研究，對于實現(xiàn)第三方通信、系統(tǒng)集成互連和集中控制、具有實際意義。本文通過實例介紹了施耐德公司旗下的Quantum系列PLC與ABB變頻器、AB軟啟動器通過Modbus協(xié)議進行數(shù)據(jù)通信，主要討論了CONCEPT2.6編程環(huán)境下的系統(tǒng)硬件組態(tài)、網(wǎng)絡構建及通信編程等關鍵技術環(huán)節(jié)。
關鍵詞： Modbus協(xié)議 Quantum RS485
1 引言
M odbus協(xié)議是M O D ICO N 公司于1979年開發(fā)的一種通信協(xié)議，它是目前工控系統(tǒng)中應用最成功的現(xiàn)場總線之一，是真正開放、標準的網(wǎng)絡通信協(xié)議。由于其性能優(yōu)異，結構簡單，組網(wǎng)簡單，組網(wǎng)成本低廉，其總線標準得到了越來越廣泛的應用，已經(jīng)被認可成為一種標準的通信規(guī)約。目前RS232/RS485通信過程中，更是廣泛采用這種規(guī)約。
2012年公司對某水泵房進行改造，在其自動化控制系統(tǒng)中，采用了公司普遍應用的施耐德Q uantum 系列PLC。泵房配置有4臺水泵，在水泵控制系統(tǒng)中，1#~3#水泵采用A B公司 SM C-Flex系列軟啟動器拖動，4#水泵采用A BB公司A C S800系列變頻器拖動。自改造投產(chǎn)半年來，該系統(tǒng)運行非常穩(wěn)定、可靠。下面筆者以施耐德公司旗下的Q uantum PLC與A BB變頻器、A B軟啟動器通過M odbus協(xié)議進行數(shù)據(jù)通信為例，對M odbus通信的應用進行敘述，以期達到拋磚引玉的效果。
2 控制系統(tǒng)及網(wǎng)絡結構構成說明
Q uantum PLC采用工業(yè)以太網(wǎng)與上位機構建監(jiān)控網(wǎng)絡，其CPU與3臺軟啟、1臺變頻器構建M odbus網(wǎng)絡，其PLC硬件配置及網(wǎng)絡結構如圖1所示。
圖1 硬件配置及網(wǎng)絡結構
Q uantum 系列CPU型號選用140CPU43412A，模塊上集成了RS232C形式的M odbus協(xié)議通信口，而SM C-Flex軟啟動器配置的20-CO M M -H 通信卡和ACS800變頻器配置的N M BA -01適配器模塊均集成了RS485形式的M odbus協(xié)議通信口，所以PLC通過一個RS232/485轉換器對接口形式轉換后進行M odbus通信即可。其中RS232/485轉換器選用研華公司的A D A M -4520產(chǎn)品，它是有源的RS232到RS422/485的轉換器，無須任何軟件驅(qū)動，硬件配置正確即可實現(xiàn)轉換功能，其RS485端帶有硬件自動數(shù)據(jù)流控制（Autom ati c data fl ow ），信號端具有3000VD C隔離保護 這樣就有效的防止模塊在收到高壓沖擊時而損壞。
140CPU 43412A與AD A M -4520的串口連接方式如圖2所示。
圖2 CPU 43412A與A D A M 4520連接
AD AM -4520的RS485端可帶多個變頻器，CPU作為主站，變頻器作為從站。PLC作為通信主站發(fā)送讀/寫變量請求，CPU 主站串口地址的設置可以在硬件配置中設定。變頻器作為通信從站根據(jù)主站指令自動響應，可在變頻器中設置從站地址，其串口地址通過撥碼開關進行設置。在本系統(tǒng)中，各設備的M odbus網(wǎng)絡串口地址分布見表1。
3 Concept2.6編程軟件環(huán)境下的系統(tǒng)組態(tài)及通信編程
3. 1 系統(tǒng)組態(tài)
使用Concept2. 6編程軟件，在M odbus Port Setti ng中對端口1進行配置，具體設置方式如圖3所示。
3. 2 M odbus編程
圖3 M odbus端口設置
對于Quantum 系列，編程軟件里有專用于M odbus通信使用的XXM IT功能塊（如圖4所示） 。Q uantum PLC做M odbus主設備時可以通過IEC XXM IT指令與其它支持M odbus協(xié)議的從設備進行M odbus通信。XXM IT參數(shù)中包括功能碼，從站地址等信息。Concept編程軟件的幫助中對于XXM IT指令的功能、尋址、數(shù)據(jù)格式等都有詳盡的描述，并有相關通信示例說明，本文就不再逐一闡述。在本例中就是使用此XXM IT功能塊讀、寫變頻器（或軟啟）的寄存器。
圖4 XXM IT功能塊
在此，筆者就設計中的一些經(jīng)驗與大家做一交流：
（1）在PLC的每個掃描周期最多只能有1個通信模塊 （XXM IT）同時處于通信激活狀態(tài)。為了實現(xiàn)系統(tǒng)的可擴展性，容許帶多個從站，可對每個M odbus從站設置1個時間令牌，時間令牌在幾個掃描周期內(nèi)輪流傳遞，每個通信塊只有在拿到時間令牌的時候才會和從站進行通信。
（2）所有RS485通信回路都應遵照主/從方式，依照這種方式，數(shù)據(jù)可以在1個主站和多臺從站之間傳遞，從站數(shù)量應限制在32個以內(nèi)。
（3）在實際通信的過程中，可根據(jù)現(xiàn)場的具體情況調(diào)整傳輸波特率和輪巡周期的長度。如果M odbus從站響應速度過快，XXM IT會產(chǎn)生故障代碼。
（4）XXM IT 模塊支持8種M o d b u s功能代碼。在本例中設計為通過M o d b u s功能代碼03（十進制）讀取從站設備的數(shù)據(jù)（變頻器的實際運行參數(shù)，如電流、電壓等）。 如圖4所示，程序中自4 #變頻器（從站地址1）數(shù)據(jù)區(qū)讀取字（% M W 1000~% M W 1009） ， 并將數(shù)據(jù)放置在主站PLC數(shù)據(jù)區(qū)（% M W 430~% M W 439）。
（5）XXM IT模塊讀取后的數(shù)據(jù)與設備實際運行參數(shù)會存在有一定的不同，如有必要須進行一定的邏輯轉換。如在本例中讀取的電流值，需除10才與其實際電壓值相符；如讀取的變頻器的頻率值，需除100才與其實際頻率值相符。筆者曾嘗試通過此模塊實現(xiàn)與智能儀表的M odbus通信，讀取后的數(shù)據(jù)必須通過高低位字節(jié)轉換之后才與實際儀表參數(shù)相符。
4 結束語
本文介紹的基于M odbus協(xié)議的監(jiān)控系統(tǒng)，以施耐德Q uam tum PLC作為主站實現(xiàn)對變頻器、軟啟的遙信、遙測、遙控及修改裝置參數(shù)等功能，性價比高，符合過程工業(yè)流行的趨勢。該網(wǎng)絡系統(tǒng)運行穩(wěn)定，可靠，且非常易于擴展，在工程上有一定的借鑒意義。
作者簡介：鮑文戩，工程師，主要從事儀表自動化相關管理維護工作。
投稿箱：
如果您有機床行業(yè)、企業(yè)相關新聞稿件發(fā)表，或進行資訊合作，歡迎聯(lián)系本網(wǎng)編輯部， 郵箱：skjcsc@vip.sina.com
如果您有機床行業(yè)、企業(yè)相關新聞稿件發(fā)表，或進行資訊合作，歡迎聯(lián)系本網(wǎng)編輯部， 郵箱：skjcsc@vip.sina.com
更多相關信息
業(yè)界視點
| 更多
行業(yè)數(shù)據(jù)
| 更多
- 2025年6月 新能源汽車銷量情況
- 2025年6月 新能源汽車產(chǎn)量數(shù)據(jù)
- 2025年6月 基本型乘用車（轎車）產(chǎn)量數(shù)據(jù)
- 2025年6月 軸承出口情況
- 2025年6月 分地區(qū)金屬切削機床產(chǎn)量數(shù)據(jù)
- 2025年6月 金屬切削機床產(chǎn)量數(shù)據(jù)
- 2025年5月 新能源汽車銷量情況
- 2025年5月 新能源汽車產(chǎn)量數(shù)據(jù)
- 2025年5月 基本型乘用車（轎車）產(chǎn)量數(shù)據(jù)
- 2025年5月 軸承出口情況
- 2025年5月 分地區(qū)金屬切削機床產(chǎn)量數(shù)據(jù)
- 2025年5月 金屬切削機床產(chǎn)量數(shù)據(jù)
- 2025年4月 新能源汽車銷量情況