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摘要：本文以預縮整理機為基礎，闡述了Modbus協議在丹佛斯VLT2900系列變頻器中的應用

關鍵詞：Modbus PLC 變頻器

Abstract: Based on pre-shrink machine, this article introduces application of Modbus protocol in Danfoss VLT2900 inverter.

Key words: Modbus PLC inverter

1、預縮機原理簡述

　　預縮機是印染行業中織物后整理的最后一道工序，它是將織物經過機械物理預縮（橡膠毯）的方法，使其預縮率降低，手感改善。基本配置由四個單元組成：給濕單元、橡膠毯預縮單元、呢毯整理單元和出布單元。給濕單元完成預縮前的給濕準備，以使織物擁有一定的含濕量，便于織物預縮。其拖動部分為一只糙皮輥。由一個2.2KW電機拖動。橡膠毯預縮單元是本機的核心，主要是通過橡膠毯擠壓以使織物經向產生收縮。擠壓由一個φ616mm的輥筒和另一個輥筒的相對運動完成，拖動由一個15KW的電機完成。呢毯整理單元主要用以烘干織物和改善手感，由一個3KW的電機拖動一個φ2000mm的大滾筒完成。出布單元由一個1.5KW的電機拖動擺布斗完成。其工藝流程如下：

進布單元－橡膠毯預縮單元－呢毯整理單元－落布單元

2、系統配置方案

　　在本方案中，觸摸屏采用日本Proface公司生產的GP系列，PLC采用西門子公司S7-226系列，變頻器采用丹佛斯VLT2900系列，由于該系列變頻器內已經內置了RS485接口且支持modbus協議，故這使該系統性價比非常高。S7－226系列的CPU內置了兩個通信口，這兩個通信口都為RS485接口，均可在三種方式下工作，即PPI方式、MPI方式及自由通信口方式。PPI是point-to-point的縮寫，即點對點方式，是西門子公司專為S7－200系列開發的一個通信協議，在本案中，我們可把其中的一個通信口設置為該方式，用以連接HMI，進而做人機交換信息用。而第二個通信口我們把它設置成自由口通信方式。自由口通信方式是S7－200系列非常有特色的功能。在該方式下，依據和他通信的其他設備的公開的通信協議來編程S7－200的通信。我們在本方案中用它連接變頻器以實現它們之間的相互通信。相關系統框圖如下圖所示：（基于本文闡述的重點，其它的如變頻器和電機組成的自反饋系統不再畫出和贅述。）

3、 自由口通信和Modbus協議在S7-226和丹佛斯VLT2900系列變頻器的應用

A. 通訊協議及其在PLC和變頻器上的基本設置

　　既然雙方控制器要建立通信，它們必將共同遵循一定的規約，這即稱之為協議。本系統中，PLC建立的通訊規約將依從于變頻器的規約，即Modbus協議，這是因為S7-200支持自由口通信模式。

l 自由口通信模式：

　　CPU串行通信口可由用戶程序控制，這種操作模式稱作自由口通信模式。在該模式下，用戶程序可以使用接受中斷、發送中斷、發送指令（XMT）和接受指令（RCV）來進行通信操作。利用該模式，PLC可以和任意第三方串口進行通信。SMB30（用于端口0）和SMB130（用于端口1）用于選擇波特率、奇偶校驗、數據位數和通信協議。

l Modbus通信協議

a．Modbus通信是一種被用于在智能設備間建立主從方式的通信，它可以通過如RS232C、RS485等多種傳輸方式進行傳播。它分為兩種串行傳輸方式：ASCII和RTU（Remote Terminal Unit，遠程測控中斷）。它們定義了數據如何打包、解碼的不同方式。丹佛斯VLT2900系列支持的是RTU方式，其格式是：

其中奇偶校驗和停止位可以是0.即可以沒有。

　　Modbus由一個主站（PLC）和最多31個從站（本系統中為4個）組成。主站負責發送指令，從站則是響應指令。在某一時刻，只能有一個從站能和主站進行連接。

b．丹佛斯VLT2900系列變頻器內置了RS485物理接口，且同時支持Modbus協議。其相關的參數如站地址、波特率、校驗等在561＃、500＃、570＃及501＃參數組內設置。

B. PLC和變頻器通信的信號格式

l 丹佛斯VLT2900系列變頻器支持標準的Modbus－RTU信號，其格式如下：

驅動器地址：本文為變頻器地址。值為0～32.若設定為0，即為廣播方式，則從PLC同時向所有的變頻器傳送指令信號，而變頻器不反饋響應信號。

功能碼：丹佛斯VLT2900系列支持以下幾種功能碼（16進制）。

數據：存儲寄存器地址和數據組合構成一組數據。因指令的內容不同數據長度不同。

故障檢查：對于RTU方式，一般采用CRC－16的方式進行，后面我們將做進一步的說明

l 丹佛斯VLT2900系列變頻器編址

　　既然PLC與變頻器通信時操作對象是存儲器，故變頻器內部必須有PLC能識別的存儲器地址相對應。變頻器生產廠家不同會導致其編址方法的不同。丹佛斯VLT2900系列變頻器編址和你在其說明書上看到的參數號是遵從一等式的，即參數地址（HEX）＝[（參數號×10）－1>（DEC）。

l Modbus信號舉例

a) 通過重寫控制字與參考值的方式，啟動電機并使之運行在50％的轉速下。

指令信號：[01> [0F> [00> [00> [00> [20> [04> [7C> [04> [00> [20> [9D> [01>

該指令中

[01>為驅動器地址

[0F>為功能碼，是指本命令為寫多個位存儲器指令；

[00> [00>指出將要寫入數據的起始地址為位存儲器的首地址。

[00> [20>為寫入長度，20HX＝32DEC位數據。

[04>為要寫入位的總字節數為4個。

[7C> [04> 047C是啟動電機的控制字內容，在實際傳輸中為低位前置。

[00> [20>為電機運行的參考值，在實際傳輸中低位前置。

[9D> [01>為計算出的CRC-16值

正常時其響應信號應為：

[01> [0F> [00> [00> [00> [20> [54> [13>

b) 按頻率指令60.0HZ傳送到1＃變頻器（地址為01），

指令信號：[01>[06>[04>[0F>[00>[3C>[B8>[E8>

正常時響應信號為： [01>[06>[04>[0F>[00>[3C>[B8>[E8>

C. 信號的發送和接受指令：

　　當信號格式被確定后，我們所要做的是從PLC如何把它們發送出去和如何接收變頻器的響應信號了，在自由口模式當中，信號可以用XMT命令發送，用RCV命令接收，另外我們還可以利用SMB2（接收緩沖字節）配合其它如MOV指令等來實現字符的接收。在S7-200系統中，設計了諸如發送完成、接收完成等中斷事件，我們將很方便的通過它們來控制整個程序的運行。

4、 PLC程序的設計

a) 數學模型：由于各個單元間是采用線性比例同步的，所以構建其數學模型非常簡單，只要使某單元的轉速和其相鄰上一級單元遵循數學公式V1＝k×V2即可。為了調節兩單元之間的張力，我們只需調節兩單元間比例k即可。這里需提醒注意的是：某一單元的轉速必須以上一級為基礎進行比例調節，這樣才不至于在調節單元的速度時，影響其它單元間的張力。

b) 程序框圖

c) 程序結構

　　程序結構包括主程序、初始化子程序、停車子程序、開車子程序、比例設定子程序和速度計算子程序。其中與通信有關的程序有CRC-16校驗程序、發送中斷程序、接收中斷程序等。下面主要介紹一下CRC-16校驗程序。

　　CRC是 “Cyclical Rendundancy Check” （循環冗余碼校驗）的英文簡稱。 CRC碼為2個字節，16位的二進制值。故又叫CRC-16。由發送設備計算CRC值，并把它附到信息中去。接收設備在接收信息過程中再次計算CRC值并與CRC的實際值進行比較，若二者不一致，亦產生一個錯誤，校驗開始時，把16位寄存器的各位都置為“1”，然后把信息中的相鄰2個8位字節數據放到當前寄存器中處理，只有每個字符的8位數據用于CRC處理。起始位，停止位和校驗位不參與CRC計算。 CRC校驗時，每個8位數據與該寄存器的低位內容進行異或運算，然后向最低有效位(LSB)方向移位，同時用零填入最高有效位(MSB)后，再對LSB檢查，若LSB=1，則寄存器與生成多項式（16＃A001）異或，若LSB=0，不作異或運算。重復上述處理過程，直至移位8次，最后一次(第8次)移位后，下一個8位字節數據與寄存器的當前值異或，再重復上述過程。全部處理完信息中的數據字節后，最終得到的寄存器值為CRC值。 在程序編制時，可以使用FOR/NEXT指令，并使用一次嵌套。在發送時，CRC值附加到信息時，低位在先，高位在后。

　　總結：通過實踐證明，該方案使得系統布線變得簡單，使系統的抗干擾性明顯增強。為該設備的系統升級作出了應有的貢獻。

參考文獻

1李道霖，電氣控制與PLC原理及應用 ，電子工業出版社出版，2000

2 西門子（中國）有限公司，SIMATIC S7-200可編程序控制器系統手冊，2002

3王永華，現代電氣控制及PLC應用技術（第2版），北京航空航天大學出版社，2008

4 廖常初，PLC編程及應用，北京機械工業出版社，2002

5 吳作明，PLC開發與應用實例詳解，北京航空航天大學出版社，2007.

來源：中國自動化網