基于Modbus協(xié)議的觸摸屏-PLC-變頻器通信控制系統
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modbus協(xié)議是應用于各種智能電子控制器上的一種通信規約。它已經(jīng)成為一種主流的工業(yè)標準（中國國家工業(yè)自動(dòng)化標準gb/z 19582.x-2004）。通過(guò)此協(xié)議，控制器相互之間、控制器和其他設備之間可以通信，這為不同廠(chǎng)商生產(chǎn)的遵守modbus協(xié)議的控制設備組成工業(yè)網(wǎng)絡(luò )，進(jìn)行集中控制提供了可能。
傳統的變頻器控制方式主要有兩種：一是通過(guò)變頻器的操作面板控制，二是通過(guò)變頻器的控制端子控制。第一種方式是通過(guò)操作面板設定運行頻率以及加減速時(shí)間等參數，再通過(guò)操作面板上的按鍵實(shí)現電機的啟?？刂?。第二種是預先在變頻器控制端子的輸入口邏輯組合多種運行頻率或通過(guò)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(guò)控制端子啟/停電機。傳統的變頻器參數監測主要是通過(guò)指針式儀器儀表進(jìn)行各項運行參數的讀取。
在上述的控制方式中，控制系統和變頻器之間信息的交互非常有限，多個(gè)參數的讀取依賴(lài)多個(gè)指針式儀表使系統的體積龐大，線(xiàn)路連接復雜，模擬量輸入信號又存在易受干擾和傳輸距離短的問(wèn)題。本文介紹一種基于現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)的變頻器實(shí)時(shí)監控系統，這既解決了傳統監控方式存在的問(wèn)題，同時(shí)也滿(mǎn)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(gè)主從協(xié)議。同一時(shí)間，只能將一個(gè)主站和最多247個(gè)從站連接到總線(xiàn)。modbus通信總是由主站發(fā)起，當從站沒(méi)有收到來(lái)自主站的請求時(shí)，不會(huì )發(fā)送數據。主站同時(shí)只能啟動(dòng)一個(gè)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：?jiǎn)尾ツＪ胶蛷V播模式。單播模式即主站尋址單個(gè)從站，從站接收并處理完請求之后，向主站返回一個(gè)應答。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(méi)有應答返回。廣播請求必須是寫(xiě)命令，所有設備必須接收寫(xiě)命令的廣播。地址0被保留用來(lái)識別廣播通信。
標準的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。modbus系統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
標準的modbus網(wǎng)絡(luò )中，modbus消息數據分為兩種傳輸模式：ascii和rtu。兩種傳輸模式中，發(fā)送設備把modbus消息轉換為有起點(diǎn)和終點(diǎn)的數據幀，接收設備在消息的起點(diǎn)開(kāi)始工作，并且能將通信錯誤能設置為返回結果。
ascii消息幀，使用ascii模式，消息以冒號（:）字符（ascii碼3ah）開(kāi)始，以回車(chē)換行符（ascii碼0dh,0ah）結束。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(gè)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(gè)字符時(shí)間的停頓間隔開(kāi)始。傳輸的第一個(gè)代碼是設備地址?？梢允褂玫膫鬏斪址鞘M(jìn)制的0...9,a...f。一個(gè)典型的ascii消息幀如下所示。
3 系統設計
3.1 硬件連接
根據系統通過(guò)通信方式實(shí)時(shí)控制變頻器動(dòng)作和實(shí)時(shí)監測變頻器運行參數的要求，系統采用人機界面+plc+變頻器的組合方式。人機界面采用臺達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），執行機構為艾默生ev2000通用型變頻器。
在設備連接方面，twido plc需要2個(gè)通信接口。它本身帶有1個(gè)rs-485接口(com1)，再擴展一個(gè)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)現變頻器運行參數的實(shí)時(shí)監測；利用com2口和ev2000進(jìn)行通信，twido plc作modbus主站，ev2000作從站，實(shí)現對變頻器動(dòng)作的實(shí)時(shí)控制，如圖1所示。
dop-a系列觸摸屏自帶1個(gè)usb口（用于編程）、2個(gè)串行口（com1、com2）。com1為rs-232，com2為rs-232/485。它作為系統的人機界面，監控系統的運行狀態(tài)并讀取plc采集的變頻器運行參數并顯示在監控界面上，hmi-plc端口接線(xiàn)如圖2所示。
圖2 hmi-plc端口接線(xiàn)圖
ev2000自帶有rs-485接口，用于實(shí)現與plc的通信連接。rs-485通信距離遠、配線(xiàn)簡(jiǎn)單、抗干擾能力強，對變頻器的所有控制都通過(guò)rs-485通信鏈路完成，達到了經(jīng)濟高效的目的。
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