基于MODBUS协议实现PLC与变频器的通信

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  [摘要]利用PLC和变频器内建的RS485串口,利用MODBUS协议中的ASCⅡ模式进行数据通信,PLC软件自动进行LRC校验,能实现工业控制中的交流电机的变频拖动,有效地提高系统的抗干扰能力。
  [关键词]MODBUS协议 PLC RS485串口 LRC
  
  1.前言
  
  随着工业自动化技术的不断发展,在工业控制中,交流电机的拖动越来越多地采用变频器完成,而变频器也不仅仅作为一个单独的执行机构,而是随着其不断的智能化,可以同主机之间通过一定的通信方式结合成一个有机的整体。
  采用RS485通信接口对交流电机的拖动进行控制,这是一种低成本的联接方案,可以极大地减少线路联接的复杂性,避免现场可能的各种电磁干扰对控制设备的影响。本文介绍的以DVP系列PLC作为主机,通过其自带的RS485接口,使用MODBUS协议实现对内嵌有RS485接口的台达VFD-M变频器进行控制,包括变频器的启动、停止、故障检测、故障复位、速度等的控制。
  
  2.变频器的MODBUS协议
  
  (1) MODBUS协议简介。MODBUS协议是GOULD公司为工业控制而设计的一种可靠而有效的工业控制系统通信协议,大量应用证明是一种可靠有效的工业控制系统通信协议,得到了众多硬件厂商的支持,并广泛应用。MODBUS协议的数据通讯通过主机与从机之间用命令/应答的方式实现,主机发出数据请求消息,从机接收到正确消息后就可以发送数据到主机以响应请求;主机也可以直接发消息修改从机的数据,实现双向读写。
  (2) ASCⅡ模式的通信数据格式。MODBUS协议系统中有两种有效的传输模式:ASCⅡ(美国标准信息交换码)模式和RTU(远程终端装置)模式。本文中用的是ASCⅡ模式,ASCⅡ 模式通信时,在消息中的每个8bit 字节都作为两个ASCⅡ 字符发送。ASCⅡ模式的通信字符传输格式为1个起始位,7位数据位,一位偶校验位,一位停止位。
  CMD指令码是MODBUS协议规定的功能代码,其中功能代码03代表读取内部寄存器内容,功能码06代表刷新单个寄存器内容。LRC是 ASCⅡ模式采用的纵向冗余错误校验,即把一个8位二进制数作为2个ASCⅡ十六进制字符传送,把十六进制字符转换为二进制,加上无循环进位的二进制字符和二进制补码,生成LRC错误校验。这个LRC在接收设备进行校验。冒号、回车、换行和其他非ASCⅡ十六进制字符不在计算之内。
  


  3.PLC与变频器之间的数据通信
  
  PLC主站以顺序查询的方式,对从站变频器进行数据查询。主站向从站读取数据时发送:启始字符+地址码+功能码(03H)+启始数据地址+数据个数(以WORD计算)+LRC校验码。从站变频器收到主站PLC的查询命令后回送: 启始字符+地址码+功能码(03H)+数据个数(以byte计算)+第1个数据+第2个数据+...+第n个数据+LRC校验码。主站向从站写数据时发送:启始字符+地址码+功能码(06H)+数据地址+数据+LRC校验码。从站的响应信息:启始字符+地址码+功能码(06H)+数据地址+数据+LRC校验码,完成PLC与变频器之间的数据通信。
  
  4.PLC控制变频器的程序设计
  
  台达变频器内建的RS-485 通讯接口皆符合MODBUS的通讯格式,因此利用MODRD 指令对台达变频器进行数据读取,执行该指令后变频器回传的数据先以ASCⅡ字元形式储存于D1070~D1085,然后PLC会自动将其内容转换为数值并储存于D1050~D1055;利用MODWR 指令对台达变频器进行数据写入,执行该指令后变频器回传的数据以ASCⅡ形式储存于D1070~D1076。PLC会自动检查所接收的数据是否有误,包括LRC校验。在PLC的编程软件中编写的通信程序如图1。
  
  5.小结
  
  采用基于RS485接口的MODBUS通信协议对变频器进行控制的方法,大大减少了系统布线,避免了现场可能的各种电磁干扰对控制设备的影响,有效地提高系统的抗干扰能力。可以看出,在调速控制系统中,通信技术的采用已经成为一种发展趋势,MODBUS协议作为一种小型自动化系统的解决方案,已成功地应用于变频器的控制,并显示出所具硬件逻辑简单、抗干扰能力强的特点。
  
  参考文献:
  [1]廖常初主编.可编程序控制器的编程方法与工程应用[M].重庆大学出版社
  [2]高钦和编著.可编程控制器应用技术与设计实例[M].人民邮电出版社
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