本篇文章3787字，读完约9分钟

以预缩整理机为例，阐述了modbus协议在丹佛斯vlt2900系列变频器中的应用

关键词:modbus plc变频器

文摘:以预缩机为基础，介绍了modbus协议在丹佛斯vlt2900变频器中的应用。

关键词:modbus plc变频器

1、预缩机的原理

预缩机是印染行业织物整理的最后一道工序。这是一种对织物(橡皮布)进行机械和物理预收缩的方法，可降低预收缩率并改善手感。基本配置由四个单元组成:润湿单元、橡皮布预缩单元、毛毯整理单元和出布单元。润湿单元在预收缩前完成润湿准备，使织物具有一定的含水量，便于预收缩。它的拖动部分是一个粗糙的滚轮。由2.2千瓦的电机驱动。橡皮布预收缩装置是该机的核心，主要通过橡皮布挤压在经纱方向压缩织物。挤压是通过一个φ616毫米的滚轮和另一个滚轮的相对运动来完成的，拖动是通过一个15kw的电机来完成的。毛毯整理单元主要用于烘干织物和改善手感，由一台3kw电机驱动一个直径为φ2000mm的大鼓完成。卸布装置由1.5千瓦的电机驱动铲斗完成。工艺流程如下:

送布单元-橡皮布预缩单元-毛毯整理单元-落布单元

2.系统配置方案

该方案中，触摸屏采用日本proface公司生产的gp系列，plc采用西门子公司的s7-226系列，变频器采用丹佛斯vlt2900系列。由于该系列变频器内置rs485接口，支持modbus协议，因此该系统具有很高的性价比。S7-226 cpu内置两个通信端口，均为rs485接口，可工作在三种模式，即ppi模式、mpi模式和自由通信端口模式。Ppi是点对点的缩写，点对点是西门子专门为S7-200系列开发的通信协议。在这种情况下，我们可以将其中一个通信端口设置为这种模式来连接人机界面，然后在人机之间交换信息。并且第二通信端口被设置为自由端口通信模式。自由端口通信模式是S7-200系列的一个非常有特色的功能。这样，S7-200的通信根据与其通信的其他设备的公共通信协议进行编程。在这个方案中，我们用它来连接变频器，实现它们之间的相互通信。相关的系统框图如下图所示:(基于本文的重点，其他的自反馈系统如变频器、电机等将不再赘述。(

3.自由口通信和modbus协议在s7-226和丹佛斯vlt2900系列变频器中的应用

A.plc与变频器的通信协议及其基本设置

由于双方的控制器都想建立通信，所以它们必须一起遵循某个协议，这就是所谓的协议。在本系统中，由于s7-200支持自由端口通信模式，plc建立的通信协议将遵循变频器的协议，即modbus协议。

自由端口通信模式:

中央处理器的串行通信端口可以由用户程序控制。这种操作模式称为自由端口通信模式。在这种模式下，用户程序可以使用接受中断、发送中断、发送命令(xmt)和接受命令(rcv)进行通信操作。在这种模式下，plc可以与任何第三方串口通信。Smb30(用于端口0)和smb130(用于端口1)用于选择波特率、奇偶校验、数据位数和通信协议。

L modbus通信协议

A.Modbus通信是一种用于在智能设备之间建立主从模式的通信，可以通过rs232c和rs485等多种传输模式进行传播。它可以分为两种串行传输模式:ascii和rtu(远程终端设备)。它们定义了数据如何以不同的方式打包和解码。丹佛斯vlt2900系列支持rtu模式，其格式为:

1个起始位

8位数据

1张奇数/偶数支票

1停止位

其中奇偶校验位和停止位可以是0，也就是说，它们可以不存在。

Modbus由一个主站(plc)和多达31个从站(本系统中为4个)组成。主站负责发送命令，而从站响应命令。在特定时间，只有一个从站可以与主站连接。

B.丹佛斯vlt2900系列变频器内置rs485物理接口，同时支持modbus协议。在参数组561 #、500 #、570 #和501 #中设置其相关参数，如站地址、波特率和验证。

B.可编程控制器与变频器通信的信号格式

l丹佛斯vlt2900系列变频器支持标准modbus-rtu信号，其格式如下:

驱动器地址

操作码

数据

故障检查

驱动地址:本文是变频器的地址。该值为0 ~ 32。如果设置为0，则为广播模式，指令信号同时从plc传输到所有变频器，但变频器不反馈响应信号。

功能代码:丹佛斯vlt2900系列支持以下功能代码(十六进制)。

操作码

功能

操作码

功能

01h

读取位存储器状态

06h

写一个单词记忆

03h

读取单词记忆状态

0f

写入多位存储器

05h

写一点记忆

10h

用于写多个单词存储器

数据:存储寄存器地址和数据的组合构成一组数据。由于指令内容不同，数据长度也不同。

故障检查:rtu通常由CRC-16执行，这将在后面进一步解释

丹佛斯vlt2900系列变频器的l寻址

由于plc与变频器通信的操作对象是内存，所以变频器中必须有一个可被plc识别的内存地址。不同的变频器制造商会导致不同的寻址方法。丹佛斯vlt2900系列变频器的地址及其规格中的参数号符合一个等式，即参数地址(十六进制)= [(参数号× 10)-1] (dec)。

L modbus信号示例

a)通过重写控制字和参考值，启动电机并使其以50%的速度运行。

命令信号:[01][0f][00][00][00][20][04][7c][04][00][20][9d][01]

在本说明书中

[01]是驱动器地址

[0f]是一个功能代码，这意味着该命令是一个写入多位内存的指令。

[00] [00]表示要写入的数据的起始地址是位存储器的第一个地址。

[00] [20]是写入长度，20hx=32dec位数据。

[04]要写入的字节总数为4。

[7c] [04] 047c是用于启动电机的控制字的内容，在实际传输中，其前面是低位。

[00] [20]是电机运行的参考值，在实际变速器中，其前面是低位。

[9d] [01]是计算的crc-16值

响应信号应为:

[01][0f][00][00][00][20][54][13]

b)根据频率指令60.0hz，传输到1 #变频器(地址01)。

命令信号:[01][06][04][0f][00][3c][B8][E8]

正常运行期间的响应信号为:[01][06][04][0f][00][3c][B8][E8]

C.信号发送和接收指令:

当信号格式确定后，我们需要做的是如何从plc发送和如何接收变频器的响应信号。在自由端口模式下，信号可以通过xmt命令发送，也可以通过rcv命令接收。此外，我们可以使用smb2(接收缓冲字节)来配合其他mov命令来实现字符的接收。在s7-200系统中，设计了发送完成和接收完成等中断事件，我们可以通过它们轻松控制整个程序的运行。

4.可编程控制器程序设计

a)数学模型:由于每台机组采用线性比例同步，只要一台机组及其相邻上级机组的转速遵循数学公式v1 = k× v2，其数学模型的构建就非常简单。为了调整两个单元之间的张力，我们只需要调整两个单元之间的比值k。这里需要注意的是，某个单元的转速必须根据之前的水平按比例调整，以便在调整单元的速度时不影响其他单元之间的张力。

b)程序框图

c)程序结构

程序结构包括主程序、初始化子程序、停止子程序、启动子程序、比例设定子程序和速度计算子程序。其中，与通信相关的程序包括crc-16校验程序、发送中断程序、接收中断程序等。下面主要介绍crc-16验证程序。

Crc是“周期性趋势检查”的英文缩写。Crc码是一个2字节16位的二进制值。因此，它也被称为crc-16。发送设备计算crc值并将其附加到信息中。接收设备重新计算循环冗余校验值，并在接收信息的过程中将其与实际循环冗余校验值进行比较。如果两个值不一致，也会出现错误。在验证开始时，16位寄存器的所有位都被设置为“1”，然后信息中相邻的两个8位数据被放入当前寄存器进行处理。只有每个字符的8位数据用于crc处理。crc计算中不涉及起始位、停止位和校验位。在crc校验中，每个8位数据与该寄存器的低位内容进行异或运算，然后移位到最低有效位(lsb)。同时，最高有效位(msb)用零填充，然后检查lsb。如果lsb=1，则寄存器与生成多项式(16 # A001)进行异或运算，如果lsb=0，则不进行异或运算。重复上述过程，直到移动8次。最后(第8次)移位后，下一个8位字节数据与寄存器的当前值进行异或运算，然后重复上述过程。信息中的所有数据字节都被处理后，最终的寄存器值就是crc值。编程时，您可以使用for/next指令并使用嵌套一次。在传输过程中，当信息附有crc值时，低位优先，高位随后。

通过实践证明，该方案使系统布线简单，系统抗干扰能力明显增强。为该设备的系统升级做出了应有的贡献。

参考

1李道林，《电气控制原理及应用》，电子工业出版社，2000年

2西门子(中国)有限公司，西门子s7-200可编程控制器系统手册，2002

3王永华，《现代电气控制与plc应用技术》(第二版)，北京航空航天大学空航天大学出版社，2008

4廖常初，plc编程与应用，北京机械工业出版社，2002

5吴作明，plc发展与应用实例详解，北京航空航天大学空航天大学出版社，2007。