基于M odbus協議實現施耐德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：隨著工業自動化的技術發展，工業控制已從單機控制走向集中控制，工業控制系統已經呈現出網絡化的發展趨勢。其中Modbus協議是當今工業領域應用最為廣泛的現場總線協議之一，可以用來實現不同現場總線系統的集成。基于Modbus協議的研究，對于實現第三方通信、系統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協議進行數據通信，主要討論了CONCEPT2.6編程環境下的系統硬件組態、網絡構建及通信編程等關鍵技術環節。
關鍵詞： Modbus協議 Quantum RS485
1 引言
M odbus協議是M O D ICO N 公司于1979年開發的一種通信協議，它是目前工控系統中應用最成功的現場總線之一，是真正開放、標準的網絡通信協議。由于其性能優異，結構簡單，組網簡單，組網成本低廉，其總線標準得到了越來越廣泛的應用，已經被認可成為一種標準的通信規約。目前RS232/RS485通信過程中，更是廣泛采用這種規約。
2012年公司對某水泵房進行改造，在其自動化控制系統中，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。自改造投產半年來，該系統運行非常穩定、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協議進行數據通信為例，對M odbus通信的應用進行敘述，以期達到拋磚引玉的效果。
2 控制系統及網絡結構構成說明
Q uantum PLC采用工業以太網與上位機構建監控網絡，其CPU與3臺軟啟、1臺變頻器構建M odbus網絡，其PLC硬件配置及網絡結構如圖1所示。
圖1 硬件配置及網絡結構
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產品，它是有源的RS232到RS422/485的轉換器，無須任何軟件驅動，硬件配置正確即可實現轉換功能，其RS485端帶有硬件自動數據流控制（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。在本系統中，各設備的M odbus網絡串口地址分布見表1。
3 Concept2.6編程軟件環境下的系統組態及通信編程
3. 1 系統組態
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協議的從設備進行M odbus通信。XXM IT參數中包括功能碼，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、數據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。為了實現系統的可擴展性，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，數據可以在1個主站和多臺從站之間傳遞，從站數量應限制在32個以內。
（3）在實際通信的過程中，可根據現場的具體情況調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）讀取從站設備的數據（變頻器的實際運行參數，如電流、電壓等）。 如圖4所示，程序中自4 #變頻器（從站地址1）數據區讀取字（% M W 1000~% M W 1009） ， 并將數據放置在主站PLC數據區（% M W 430~% M W 439）。
（5）XXM IT模塊讀取后的數據與設備實際運行參數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與智能儀表的M odbus通信，讀取后的數據必須通過高低位字節轉換之后才與實際儀表參數相符。
4 結束語
本文介紹的基于M odbus協議的監控系統，以施耐德Q uam tum PLC作為主站實現對變頻器、軟啟的遙信、遙測、遙控及修改裝置參數等功能，性價比高，符合過程工業流行的趨勢。該網絡系統運行穩定，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。
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如果您有機床行業、企業相關新聞稿件發表，或進行資訊合作，歡迎聯系本網編輯部， 郵箱：skjcsc@vip.sina.com
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