基于Modbus協(xié)議的觸摸屏-PLC-變頻器通信控制系統(tǒng)
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modbus協(xié)議是應(yīng)用于各種智能電子控制器上的一種通信規(guī)約。它已經(jīng)成為一種主流的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（中國國家工業(yè)自動化標(biāo)準(zhǔn)gb/z 19582.x-2004）。通過此協(xié)議，控制器相互之間、控制器和其他設(shè)備之間可以通信，這為不同廠商生產(chǎn)的遵守modbus協(xié)議的控制設(shè)備組成工業(yè)網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)行集中控制提供了可能。
傳統(tǒng)的變頻器控制方式主要有兩種：一是通過變頻器的操作面板控制，二是通過變頻器的控制端子控制。第一種方式是通過操作面板設(shè)定運(yùn)行頻率以及加減速時間等參數(shù)，再通過操作面板上的按鍵實(shí)現(xiàn)電機(jī)的啟停控制。第二種是預(yù)先在變頻器控制端子的輸入口邏輯組合多種運(yùn)行頻率或通過模擬量輸入端輸入0～10v或4-20ma的信號改變給定頻率，再通過控制端子啟/停電機(jī)。傳統(tǒng)的變頻器參數(shù)監(jiān)測主要是通過指針式儀器儀表進(jìn)行各項(xiàng)運(yùn)行參數(shù)的讀取。
在上述的控制方式中，控制系統(tǒng)和變頻器之間信息的交互非常有限，多個參數(shù)的讀取依賴多個指針式儀表使系統(tǒng)的體積龐大，線路連接復(fù)雜，模擬量輸入信號又存在易受干擾和傳輸距離短的問題。本文介紹一種基于現(xiàn)場總線技術(shù)的變頻器實(shí)時監(jiān)控系統(tǒng)，這既解決了傳統(tǒng)監(jiān)控方式存在的問題，同時也滿足了網(wǎng)絡(luò)化的要求。
2 modbus協(xié)議
2.1 協(xié)議原理
modbus協(xié)議是一個主從協(xié)議。同一時間，只能將一個主站和最多247個從站連接到總線。modbus通信總是由主站發(fā)起，當(dāng)從站沒有收到來自主站的請求時，不會發(fā)送數(shù)據(jù)。主站同時只能啟動一個modbus事務(wù)處理，從站之間不能相互通信。主站用兩種模式向從站發(fā)出modbus請求：單播模式和廣播模式。單播模式即主站尋址單個從站，從站接收并處理完請求之后，向主站返回一個應(yīng)答。廣播模式即主站可以向所有的從站發(fā)送請求，從站對于主站廣播的請求沒有應(yīng)答返回。廣播請求必須是寫命令，所有設(shè)備必須接收寫命令的廣播。地址0被保留用來識別廣播通信。
標(biāo)準(zhǔn)的modbus協(xié)議使用rs-232c兼容串行接口，它定義了連接口的針腳、電纜、信號位、傳輸波特率、奇偶校驗(yàn)。modbus系統(tǒng)也可以使用不同的物理接口，例如，rs-485和rs-232。
2.2 傳輸模式與modbus消息幀
標(biāo)準(zhǔn)的modbus網(wǎng)絡(luò)中，modbus消息數(shù)據(jù)分為兩種傳輸模式：ascii和rtu。兩種傳輸模式中，發(fā)送設(shè)備把modbus消息轉(zhuǎn)換為有起點(diǎn)和終點(diǎn)的數(shù)據(jù)幀，接收設(shè)備在消息的起點(diǎn)開始工作，并且能將通信錯誤能設(shè)置為返回結(jié)果。
ascii消息幀，使用ascii模式，消息以冒號（:）字符（ascii碼3ah）開始，以回車換行符（ascii碼0dh,0ah）結(jié)束。其它代碼可以使用的傳輸字符是十六進(jìn)制的0...9,a...f。一個典型的ascii消息幀如下所示。
rtu消息幀，使用rtu模式，消息發(fā)送至少要以3.5個字符時間的停頓間隔開始。傳輸?shù)牡谝粋€代碼是設(shè)備地址。可以使用的傳輸字符是十六進(jìn)制的0...9,a...f。一個典型的ascii消息幀如下所示。
3 系統(tǒng)設(shè)計
3.1 硬件連接
根據(jù)系統(tǒng)通過通信方式實(shí)時控制變頻器動作和實(shí)時監(jiān)測變頻器運(yùn)行參數(shù)的要求，系統(tǒng)采用人機(jī)界面+plc+變頻器的組合方式。人機(jī)界面采用臺達(dá)dop-a系列觸摸屏，核心控制部分為施耐德電氣twido plc（16點(diǎn)及以上），執(zhí)行機(jī)構(gòu)為艾默生ev2000通用型變頻器。
在設(shè)備連接方面，twido plc需要2個通信接口。它本身帶有1個rs-485接口(com1)，再擴(kuò)展一個rs-485接口(com2)即可。twido plc利用com1口和dop-a進(jìn)行通信，dop-a作modbus主站，twido plc作從站，實(shí)現(xiàn)變頻器運(yùn)行參數(shù)的實(shí)時監(jiān)測；利用com2口和ev2000進(jìn)行通信，twido plc作modbus主站，ev2000作從站，實(shí)現(xiàn)對變頻器動作的實(shí)時控制，如圖1所示。
dop-a系列觸摸屏自帶1個usb口（用于編程）、2個串行口（com1、com2）。com1為rs-232，com2為rs-232/485。它作為系統(tǒng)的人機(jī)界面，監(jiān)控系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)并讀取plc采集的變頻器運(yùn)行參數(shù)并顯示在監(jiān)控界面上，hmi-plc端口接線如圖2所示。
圖2 hmi-plc端口接線圖
ev2000自帶有rs-485接口，用于實(shí)現(xiàn)與plc的通信連接。rs-485通信距離遠(yuǎn)、配線簡單、抗干擾能力強(qiáng)，對變頻器的所有控制都通過rs-485通信鏈路完成，達(dá)到了經(jīng)濟(jì)高效的目的。
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