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基於M odbus協議實現施（shī）耐德PLC與變頻器的通（tōng）信（xìn）

2015-12-28 來源：龍曉華方大特鋼科技（jì）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，工業控製已從單機控製走（zǒu）向（xiàng）集中控（kòng）製（zhì），工業控製係（xì）統已經呈現出（chū）網絡化的發（fā）展趨勢。其中Modbus協議是當今工業領域應用最為廣泛的（de）現場總線協議之一，可以用來（lái）實現不同現場總線係統的集成。基（jī）於Modbus協（xié）議的研究，對於實現第三方通（tōng）信、係統集（jí）成互連和集（jí）中控製、具有（yǒu）實際（jì）意義。本文通過實例介紹了施耐德公司旗下的Quantum係列PLC與（yǔ）ABB變頻器、AB軟啟（qǐ）動器（qì）通過Modbus協議進行數據通信，主要討論了CONCEPT2.6編程環境下的係統硬件組（zǔ）態、網絡構建及通信編（biān）程等關（guān）鍵（jiàn）技術環節。

關（guān）鍵詞： Modbus協議 Quantum RS485

1 引言

M odbus協議是M O D ICO N 公司於1979年（nián）開發的一種通信協（xié）議，它是目前工控係統中應用最成（chéng）功的（de）現場總線之一，是真正開放、標準的網絡通信協議（yì）。由於其性能優異，結（jié）構簡單，組網簡單，組網成本低廉，其總線標（biāo）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（mù）前（qián）RS232/RS485通信（xìn）過程中，更（gèng）是廣泛采用這種規約。

2012年公司對某水泵房進行改造，在其自動化控製係統中，采用了公司普遍（biàn）應用的施耐德Q uantum 係列（liè）PLC。泵房配置有4台水泵，在（zài）水泵控製係統中，1#~3#水泵采用A B公司 SM C-Flex係（xì）列軟啟動器拖動（dòng），4#水泵采用A BB公司A C S800係列變頻器拖動。自改造投產半年來（lái），該係統運（yùn）行非常穩定、可靠（kào）。下麵筆者以施耐德公司旗下的Q uantum PLC與A BB變（biàn）頻器、A B軟啟動器通過M odbus協議進行數據通信為例（lì），對M odbus通信的應用進（jìn）行敘述，以期達到拋磚引（yǐn）玉（yù）的效果。

2 控製係統及網絡（luò）結構（gòu）構成（chéng）說明

Q uantum PLC采用工業以太網與上位機（jī）構（gòu）建監控網絡，其CPU與3台軟啟（qǐ）、1台變頻器構（gòu）建（jiàn）M odbus網絡，其PLC硬件配置及網絡結（jié）構如圖（tú）1所示。

圖1 硬件配置及網絡結構

Q uantum 係列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（chéng）了RS485形式的M odbus協議通信口，所以（yǐ）PLC通過一（yī）個RS232/485轉換器對接口形式轉（zhuǎn）換後進行M odbus通信即可（kě）。其中RS232/485轉換器選用研華公司的A D A M -4520產品，它是有（yǒu）源的RS232到RS422/485的轉換器，無須任何軟（ruǎn）件驅動，硬件（jiàn）配置正確即可實現轉換功能，其RS485端帶有硬件自動（dòng）數據流控製（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衝擊時而損壞。

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（biàn）頻器作為從（cóng）站（zhàn）。PLC作為通信主站發送讀/寫變量請求（qiú），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（tōng）信從站根據主站指令自動響應（yīng），可在變（biàn）頻器中設（shè）置（zhì）從站地址，其串口地址通過撥碼（mǎ）開關進（jìn）行設置。在本係統中（zhōng），各設備的M odbus網絡串口地址分布見表1。

3 Concept2.6編程軟件環境下的係統組態及通信編程

3. 1 係統組（zǔ）態

使用Concept2. 6編程軟件，在M odbus Port Setti ng中對端口1進（jìn）行配置，具體設置方式如圖3所（suǒ）示。

3. 2 M odbus編程

圖3 M odbus端口設置

對於（yú）Quantum 係列，編程軟件（jiàn）裏有專（zhuān）用（yòng）於M odbus通信使用的XXM IT功能塊（kuài）（如圖4所示（shì））。Q uantum PLC做M odbus主設備時可以通過IEC XXM IT指令（lìng）與其它支持M odbus協議的從設（shè）備進（jìn）行M odbus通信。XXM IT參數中包括功能碼，從站地址等信（xìn）息。Concept編程軟件的（de）幫助中對於XXM IT指令的（de）功能、尋（xún）址、數據格式等都有詳盡的描述，並有相（xiàng）關（guān）通信示例說明，本文就不再逐一闡述。在本（běn）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（bǐ）者就設計中的一些經驗與（yǔ）大家做一交流：

（1）在PLC的（de）每（měi）個掃描周期（qī）最多隻能有1個通信模塊（XXM IT）同時（shí）處於通信激活狀態。為了（le）實現係統的可擴展性，容許（xǔ）帶多個（gè）從站，可對（duì）每個M odbus從站設置1個時間令牌，時間令（lìng）牌在幾個掃描周期內輪（lún）流傳遞，每個通信塊隻有在拿到時間令牌的時候才會和從站進行通信。

（2）所（suǒ）有RS485通信回路都應遵照主/從方式（shì），依照這種方式，數據可以在1個主（zhǔ）站和（hé）多台從站之間傳遞，從站數量應限製在32個以內。

（3）在實際通信的過（guò）程中，可根據現場的具體（tǐ）情況調整傳輸（shū）波特率和（hé）輪巡周期的長度。如果M odbus從站（zhàn）響（xiǎng）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（dài）碼03（十進製）讀取從站設備的數據（變頻器的實際運行參（cān）數，如電流、電壓（yā）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），並將數據放置在主站（zhàn）PLC數據區（% M W 430~% M W 439）。

（5）XXM IT模塊讀取後的數據與設備實際運行參數會（huì）存在有一定的不同，如有必要須進行一定（dìng）的邏輯轉換。如在本例中（zhōng）讀取的電流值，需除10才與其實際電壓值相符；如讀取（qǔ）的變頻器的頻率值，需除100才與其實際頻率值相符。筆者曾嚐試通過此模塊實現與智能（néng）儀表的M odbus通信，讀取後的數據必須通過高低位字（zì）節轉換之後才與實際儀表參（cān）數相符。

4 結束語

本文介紹（shào）的基於M odbus協議的監控係統，以施耐德Q uam tum PLC作（zuò）為主站（zhàn）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。該網絡係統運行穩定，可靠（kào），且非（fēi）常易於擴展，在工程上有一定的借鑒意義。

作者簡（jiǎn）介：鮑文戩，工程師，主要從事儀表自動化相關（guān）管理維護工作。

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