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        S7-200PLC與ACS550變頻器的Modbus通訊

        2011-04-23 12:11:24長江大學電子與信息學院湖北荊州434023
        長江大學學報(自科版) 2011年10期
        關(guān)鍵詞:寄存器校驗端口

        涂 雷 (長江大學電子與信息學院,湖北荊州434023)

        周秀紅 (中國石油吐哈油田分公司技術(shù)監(jiān)測中心,新疆鄯善838202)

        隨著網(wǎng)絡(luò)時代的到來,工業(yè)控制器聯(lián)網(wǎng)已成為趨勢,工業(yè)控制從點對點的單機控制走向分布式多點網(wǎng)絡(luò)控制。開放的Modbus協(xié)議作為工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)協(xié)議之一,使得符合該協(xié)議的西門子、Honeywell和ABB等廠商生產(chǎn)的控制設(shè)備和驅(qū)動產(chǎn)品可以快速聯(lián)接形成網(wǎng)絡(luò),以便進行分布式控制和集中管理[1]。為此,筆者針對S7-200PLC與ACS550變頻器的Modbus通訊進行探討。

        1 Modbus協(xié)議簡介

        Modbus協(xié)議[2]由Modicon公司開發(fā),現(xiàn)已成為工業(yè)領(lǐng)域全球最流行的串口通信協(xié)議。該協(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PLC、DCS和智能儀表等都使用Modbus協(xié)議作為其通訊標準。

        Modbus通信使用主-從協(xié)議、半雙工傳輸模式,即主設(shè)備能進行初始化傳輸和查詢,從設(shè)備根據(jù)主設(shè)備查詢提供的數(shù)據(jù)作出相應(yīng)反應(yīng)。Modbus網(wǎng)絡(luò)定義了2種傳輸模式,即ASCII和RTU(遠程終端單元),ABB公司生產(chǎn)的ACS550變頻器僅支持RTU模式。在RTU通信模式下主站發(fā)送消息幀的內(nèi)容和順序依次為從站地址、功能碼、數(shù)據(jù)域 (數(shù)據(jù)起始地址、數(shù)據(jù)量、數(shù)據(jù)內(nèi)容)及CRC校驗碼。每個RT U的消息幀必須連續(xù)傳輸,不能有間斷。RT U模式中每個字節(jié)由1個起始位、8個數(shù)據(jù)位 (最小的有效位先發(fā)送)、1個奇偶校驗位 (無校驗則無)、1個停止位 (有校驗時)或2個停止位 (無校驗時)等10個位組成。RTU模式的錯誤檢驗域使用CRC(循環(huán)冗余校驗),CRC校驗域附加在消息幀中構(gòu)成消息幀的最后一個域,CRC校驗位低字節(jié)先傳輸,之后傳輸高字節(jié),CRC校驗的高字節(jié)是Modbus消息幀的最后一個字節(jié)。

        Modbus系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)交換類型由功能號 (FCS)控制,如表1所示。

        表1 Modbus規(guī)約下的功能指定

        ABS550支持的功能號是03和16。

        2 Modbus在S7-200PLC中的實現(xiàn)

        西門子SIMATIC S7-200PLC是模塊化中小型PLC系統(tǒng),其中CPU224XPCN上有Port0和Port1通信口,且都支持Modbus RTU協(xié)議,即既可以通過自由口通信模式編寫Modbus通信程序完成通信,也可以直接調(diào)用STEP7-Micro/WIN指令庫中的程序塊完成通信[2]。在自由端口通訊模式下通過發(fā)送XM T(transmit)與接收指令 RCV(receive)來完成數(shù)據(jù)幀的傳輸,完成上述過程需要編寫復(fù)雜冗長的初始化程序、CRC校驗程序、發(fā)送/接收程序等。STEP 7-MicroWin指令庫包含有專門為Modbus通信設(shè)計的預(yù)先定義的子程序和中斷服務(wù)程序,使得S7-200PLC與其他Modbus設(shè)備的通信簡單易行。使用Modbus主站協(xié)議指令,可以將S7-200PLC組態(tài)作為Modbus RT U主站與Modbus從站 (變頻器)通信。主站指令分如下2組 (見圖1):①MBUS_CTRL、MBUS_MSG(Port0)用于端口0的初始化和通信。②MBUS_CTRL_P1、MBUS_MSG_P1(Port1),用于端口1。

        圖1 指令庫

        MBUS_CTRL指令用于初始化、監(jiān)控或禁用Modbus通訊 (見圖2),每次掃描都必須調(diào)用MBUS_CTRL指令,否則主站協(xié)議將不能正常工作,讀寫指令MBUS_MSG也將無效。

        Mode輸入值選擇通訊協(xié)議,即輸入值1將CPU端口分配給Modbus協(xié)議并啟用協(xié)議,輸入值0將CPU端口分配給PPI系統(tǒng)協(xié)議并禁用Modbus協(xié)議。

        Parity參數(shù)的奇偶性設(shè)置必須與Modbus從站設(shè)備的相匹配,所有設(shè)置均使用一個起始位和一個停止位。允許值為0(無校驗)、1(奇校驗)和2(偶校驗)。

        讀寫指令MBUS_MSG用于啟動PLC到Modbus從站的請求,并處理響應(yīng) (見圖3)。當EN輸入和First輸入均為接通時,MBUS_MSG指令啟動到Modbus從站的請求。發(fā)送請求、等待響應(yīng)和處理響應(yīng)通常要求多個掃描。EN輸入必須接通才能啟用發(fā)送請求,并應(yīng)在Done位置位之前保持接通。一次只能有一個MBUS_MSG指令處于活動狀態(tài)。如果啟用了一個以上MBUS_MSG指令,則將處理第一個MBUS_MSG指令,所有后續(xù)MBUS_MSG指令將被中止,并輸出錯誤代碼6。這樣一條讀寫指令可對應(yīng)Modbus規(guī)約下的功能03和16,即RW為0時對應(yīng)功能碼03,RW為1時對應(yīng)功能碼16,據(jù)此可以完成電機的啟停、調(diào)速和運行參數(shù)訪問。

        圖2 調(diào)用主站初始化與端口控制子程序

        圖3 調(diào)用主站初始化與端口控制子程序

        Slave是Modbus從站設(shè)備的站地址。Addr是從站設(shè)備上的要讀寫的寄存器起始地址。DataPtr指主站上用于接收或發(fā)送的數(shù)據(jù)域的首地址。Count指明離散輸入、輸出的點數(shù),或需要讀、寫的寄存器數(shù)目。

        對于Addr,Modbus有相關(guān)要約 (見表2)。

        調(diào)用庫指令時必須為其分配存儲區(qū),且該存儲區(qū)不能和其他數(shù)據(jù)重疊,否則在運行時會產(chǎn)生錯誤,導(dǎo)致不能正常通訊。

        表2 從站寄存器地址映射關(guān)系

        3 ACS550變頻器參數(shù)設(shè)置

        首先進行變頻器通訊參數(shù)的設(shè)置,默認設(shè)置如表3所示,其中參數(shù)5304規(guī)定了奇偶校驗的類型和停止位的個數(shù),必須選擇1個停止位[3]。

        表3 ACS550變頻器用于Modbus通訊的參數(shù)設(shè)置

        根據(jù)文獻 [4]進行命令源的選擇,Modbus通訊模式下要求總線設(shè)置給定值1,即參數(shù)1102賦值為0,選擇外部1;參數(shù)1103賦值為8,給定值來自串行通訊。

        編寫PLC程序改寫變頻器控制字 (保持寄存器40001)、給定值1(寄存器40002)和給定值2(寄存器40003),這樣連接S7-200PLC的RS485通訊口PorTo到ACS550變頻器DB9的通信端口,運行PLC,就可以控制電機的啟停和速度大小。此外,可將變頻器上的狀態(tài)字和運行參數(shù)讀上來,用于故障的檢測和診斷。

        4 結(jié) 語

        相比于端子控制啟停、模擬量調(diào)速的傳統(tǒng)方式,通過Modbus通訊方式控制變頻器,其數(shù)值化給定提高了系統(tǒng)控制精度,大大簡化了外部接線,提高了系統(tǒng)穩(wěn)定性,也為人機交互界面的引入和復(fù)雜算法的實現(xiàn)提供了條件。

        [1]劉新華,王伸東,黃劍.基于MODBUS協(xié)議PLC通信的模塊化實現(xiàn) [J].電氣自動化,2001(1):44-47.

        [2]西門子 (中國)有限公司自動化與驅(qū)動集團.深入淺出西門子S7-200PLC[M].北京:北京航空航天大學出版社,2003.

        [3]龔俊,黃銳,戴濤.ACS550與S7-226P LC自由口通訊 [J/OL].http://www.paper.edu.cn/index.php/default/releasepaper/content/201004-619,2010-04-17.

        [4]ABB(中國)有限公司.ACS550變頻器手冊 [M/OL].http://www.abb.com/,2006-01-19.

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