時(shí)間:2014-09-17 17:04:10來源:卓曉怡 應(yīng)秋紅 李方園
本項(xiàng)目為2014年浙江省大學(xué)生科技創(chuàng)新項(xiàng)目立項(xiàng)
摘要:智慧工廠的體系架構(gòu)中,總線控制是其中最常用的一種,本文介紹的Modbus協(xié)議是應(yīng)用于各種工廠控制器上的一種通用語言。通過闡述Modbus通訊的硬件基礎(chǔ)、變頻器參數(shù)設(shè)置、PLC編程過程和Commix串口調(diào)試工具,進(jìn)一步細(xì)化了工廠傳動(dòng)控制的數(shù)字化系統(tǒng)架構(gòu)。
關(guān)鍵詞:智慧工廠;總線控制;Modbus
一、概述
智慧工廠是現(xiàn)代工廠信息化發(fā)展的新階段,它是在數(shù)字化工廠的基礎(chǔ)上,利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和設(shè)備監(jiān)控技術(shù)加強(qiáng)信息管理和服務(wù);清楚掌握產(chǎn)銷流程、提高生產(chǎn)過程的可控性、減少生產(chǎn)線上人工的干預(yù)、即時(shí)正確地采集生產(chǎn)線數(shù)據(jù),以及合理的生產(chǎn)計(jì)畫編排與生產(chǎn)進(jìn)度。
智慧工廠的體系架構(gòu)中,總線控制是其中最常用的一種,本文介紹的Modbus協(xié)議是應(yīng)用于各種工廠控制器上的一種通用語言。通過此協(xié)議,控制器相互之間、控制器經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)(例如以太網(wǎng))和其它設(shè)備之間可以通信,該協(xié)議最早由施耐德公司最先提出,并最終演變?yōu)橐环N國際通用的總線標(biāo)準(zhǔn)。
Modbus協(xié)議支持傳統(tǒng)的RS-232、RS-422、RS-485和以太網(wǎng)設(shè)備。許多工業(yè)設(shè)備,包括變頻器、PLC、DCS、智能儀表等都在使用Modbus協(xié)議作為他們之間的通訊標(biāo)準(zhǔn)。
Modbus協(xié)議能設(shè)置為兩種傳輸模式(ASCII或RTU)中的任何一種,用戶選擇想要的模式,包括串口通信參數(shù)(波特率、校驗(yàn)方式等),在配置每個(gè)控制器的時(shí)候,在一個(gè)Modbus網(wǎng)絡(luò)上的所有設(shè)備都必須選擇相同的傳輸模式和串口參數(shù)。ASCII模式,是指以ASCII(美國標(biāo)準(zhǔn)信息交換代碼)模式通信,在消息中的每個(gè)8Bit字節(jié)都作為一個(gè)ASCII碼(兩個(gè)十六進(jìn)制字符)發(fā)送。而RTU模式,則是以RTU(遠(yuǎn)程終端單元)模式通信,在消息中的每個(gè)8Bit字節(jié)包含兩個(gè)4Bit的十六進(jìn)制字符。這種方式的主要優(yōu)點(diǎn)是:在同樣的波特率下,可比ASCII方式傳送更多的數(shù)據(jù)。
二、智慧工廠傳動(dòng)控制的Modbus總線應(yīng)用
1.Modbus通訊的硬件基礎(chǔ)
智慧工廠的傳動(dòng)控制,一般是指控制電機(jī)驅(qū)動(dòng)生產(chǎn)機(jī)械以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品數(shù)量的增加、產(chǎn)品質(zhì)量的提高、降低成本、改善工人勞動(dòng)強(qiáng)度及合理利用能源。由于驅(qū)動(dòng)電機(jī)目前主要以變頻器為主,這里以V20變頻器與S7-200之間的ModbusRTU通訊為例進(jìn)行說明。
對(duì)于要實(shí)現(xiàn)V20變頻器與S7-200之間的ModbusRTU通訊,必須要具備PC/PPI電纜、S7-200、電源模塊、通信電纜、V20驅(qū)動(dòng)裝置和一臺(tái)PC機(jī)。其接線方法如圖1所示。
圖1V20與S7-200的ModbusRTU通訊
2.變頻器參數(shù)設(shè)置
V20可以通過選擇連接宏Cn011實(shí)現(xiàn)ModbusRTU控制,也可以通過直接更改變頻器參數(shù)的方法來實(shí)現(xiàn)。參數(shù)設(shè)置如表1所示。
表1參數(shù)設(shè)置
參數(shù) |
描述 |
Cn011默認(rèn)值 |
實(shí)際設(shè)置 |
備注 |
P0700[0] |
選擇命令源 |
5 |
5 |
RS485為命令源 |
P1000[0] |
選擇頻率 |
5 |
5 |
RS485為速度設(shè)定值 |
P2023[0] |
RS485協(xié)議選擇 |
2 |
2 |
MODBUS RTU協(xié)議 |
P2010[0] |
USS/MODBUS波特率 |
6 |
6 |
波特率為9600bps |
P2021[0] |
MODBUS地址 |
1 |
3 |
V20的MODBUS 地址 |
P2022[0] |
MODBUS應(yīng)答超時(shí) |
1000 |
2000 |
向主站發(fā)回應(yīng)答的最大時(shí)間 |
P2014[0] |
USS/MODBUS報(bào)文間斷時(shí)間 |
100 |
0 |
接收數(shù)據(jù)時(shí)間 |
3.PLC編程過程
首先確認(rèn)S7-200的ModbusMaster庫文件已經(jīng)安裝,同時(shí)了解V20的Mobus協(xié)議中的主要寄存器地址,如表2所示。
表2V20變頻器的主要寄存器地址
在編譯程序之前,選擇“程序塊”->“庫”右鍵,選擇“庫存儲(chǔ)區(qū)”;在點(diǎn)擊“建議地址”選擇V存儲(chǔ)區(qū)的地址后點(diǎn)擊“OK”退出。最后調(diào)用指令進(jìn)行初始化ModbusMaster端口。
調(diào)用ModbusRTU主站讀寫功能塊MBUS_MSG,發(fā)送一個(gè)Modbus請(qǐng)求。比如寫入控制字1和速度實(shí)際值,如圖2所示。
MBUS_MSG_P1指令的參數(shù)說明如下:
a)EN使能:同一時(shí)刻只能有一個(gè)讀寫功能(即MBUS_MSG)使能。V20對(duì)于寫指令同一時(shí)刻只運(yùn)行對(duì)一個(gè)保持寄存器操作;讀指令同一時(shí)刻最大允許操作125個(gè)保持寄存器。
b)First讀寫請(qǐng)求位:每一個(gè)新的讀寫請(qǐng)求必須使用脈沖觸發(fā)。
c)Slave從站地址:可選擇的范圍1-247。
d)RW請(qǐng)求方式:0=讀,1=寫。
e)Count數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)通訊的數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)(位或字的個(gè)數(shù))。Modbus主站可讀/寫的最大數(shù)據(jù)量為120個(gè)字(是指每一個(gè)MBUS_MSG指令)。
f)DataPtr數(shù)據(jù)指針:如果是讀指令,讀回的數(shù)據(jù)放到這個(gè)數(shù)據(jù)區(qū)中;如果是寫指令,要寫出的數(shù)據(jù)放到這個(gè)數(shù)據(jù)區(qū)中。
g)Done完成位:讀寫功能完成位。
h)Error錯(cuò)誤代碼:只有在Done位為1時(shí),錯(cuò)誤代碼才有效。
常用的控制字包括047E(運(yùn)行準(zhǔn)備)、047F(正轉(zhuǎn)啟動(dòng))、0C7F(反轉(zhuǎn)啟動(dòng))、04FE(故障確認(rèn))。
圖2MBUS_MSG_P1指令
其他更多指令調(diào)用請(qǐng)見參考文獻(xiàn)。
4.Commix串口調(diào)試工具
Commix是為工業(yè)控制設(shè)計(jì)的串口設(shè)備調(diào)試工具,已被很多工控行業(yè)人員使用它能根據(jù)設(shè)備的通訊協(xié)議,方便地生成多種冗余校驗(yàn)如Modbus,并加上結(jié)束符,適用于大多數(shù)串口通訊的工業(yè)設(shè)備。
打開串口調(diào)試軟件Commix(此處為中文版1.3),設(shè)置好相應(yīng)通訊數(shù)據(jù)發(fā)送指令觀察反饋信息(如圖3所示)。
圖3串口調(diào)試軟件Commix
發(fā)送和反饋?zhàn)止?jié)說明如下:
a)發(fā)送部分:
02即從站地址,P2021=2;
03讀取從站信息;
000a讀取地址,是16進(jìn)制數(shù),從表5-中查到P1120對(duì)應(yīng)的地址為40011,40011-40001=10轉(zhuǎn)化為十六進(jìn)制數(shù)位000a;
0002讀取位數(shù)為兩位,即讀000a和000b的內(nèi)容,即P1120和P1121參數(shù)的內(nèi)容。
b)反饋部分:
02即從站地址,P2021=2;
03讀取從站信息;
04讀到4個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù);
01F4即P1120內(nèi)的數(shù)據(jù),轉(zhuǎn)化為十進(jìn)制為500,表格內(nèi)比例為100,即變頻器實(shí)際數(shù)字值為5s;
03E8即P1121內(nèi)的數(shù)據(jù),轉(zhuǎn)化為十進(jìn)制為1000,即實(shí)際減速時(shí)間為10s。
由此可見,通過modbus通訊協(xié)議,能準(zhǔn)確快速讀取變頻器內(nèi)的參數(shù)值。
三、結(jié)束語
智慧工廠的發(fā)展,是智能工業(yè)發(fā)展的新方向,其特征體現(xiàn)在制造生產(chǎn)上最主要的就是可采集與理解外界及自身的資訊,并以之分析判及規(guī)劃自身行為,從而使得系統(tǒng)具有自主能力。本文通過應(yīng)用Modbus現(xiàn)場(chǎng)總線對(duì)工廠的傳動(dòng)控制如何進(jìn)行硬件架構(gòu)、參數(shù)設(shè)置、軟件編程和調(diào)試進(jìn)行了詳細(xì)的闡述。
參考文獻(xiàn):
[1]李方園.西門子S7-200PLC從入門到實(shí)踐[M].北京:電子工業(yè)出版社.2010
[2]廖常初.S7-200PLC編程及應(yīng)用[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社.2008
[3]劉華波等.西門子S7-200PLC編程及應(yīng)用案例精選[M].2009
作者:卓曉怡,1994.02,就讀于浙江工商職業(yè)技術(shù)學(xué)院,從事自動(dòng)化應(yīng)用;應(yīng)秋紅,1994.09,就讀于浙江工商職業(yè)技術(shù)學(xué)院,從事自動(dòng)化應(yīng)用。
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