艾默生工業(yè)自動(dòng)化 李慶敏
本文通過(guò)艾默生PLC和多臺(tái)變頻器組網(wǎng)通信控制編程（以MODBUS協(xié)議方式）為例，說(shuō)明PLC和多臺(tái)變頻器網(wǎng)絡(luò)控制的通信程序的設(shè)計(jì)方法。
Serves to illuminate design of communication program based on PLC and multi converter network control, by taking the match under MODBUS mode
關(guān)鍵詞：艾默生PLC，變頻器，MODBUS協(xié)議，連續(xù)命令序列，隨機(jī)命令序列
KEY WORDS：EMERSON PLC，INVERTER，MODBUS PROTOCOL， a series of orders， incidental orders
引言 隨著PLC技術(shù)的不斷發(fā)展，越來(lái)越顯示其強(qiáng)大的核心控制功能，PLC和其他設(shè)備之間的連接已經(jīng)從比較煩瑣的傳統(tǒng)I/O方式向越來(lái)越受歡迎的簡(jiǎn)潔先進(jìn)的通信方式過(guò)渡，不僅為設(shè)計(jì)者節(jié)省了大量的硬件成本，更能為遠(yuǎn)程控制，組網(wǎng)提供了可能，使控制系統(tǒng)更加無(wú)縫地融為一體。
本文主要通過(guò)艾默生PLC和多臺(tái)變頻器組網(wǎng)通信（以MODBUS協(xié)議方式）為例，說(shuō)明PLC和多臺(tái)變頻器網(wǎng)絡(luò)控制的通信程序的設(shè)計(jì)方法。
一、 MODBUS協(xié)議簡(jiǎn)要介紹
Modbus協(xié)議由美國(guó)著名的MODICON公司提出，通過(guò)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，不同廠商生產(chǎn)的控制設(shè)備可以連成工業(yè)網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)行集中監(jiān)控，它已經(jīng)成為一通用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。控制器通信使用主—從技術(shù)，即僅一設(shè)備（主設(shè)備）能初始化傳輸（查詢）。其它設(shè)備（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)。典型的主設(shè)備：IPC，HMI，PLC等；典型的從設(shè)備：各種儀表，PLC，變頻器等。主設(shè)備可單獨(dú)和從設(shè)備通信，也能以廣播方式和所有從設(shè)備通信。如果單獨(dú)通信，從設(shè)備返回一消息作為回應(yīng)，如果是以廣播方式查詢的，則不作任何回應(yīng)。Modbus協(xié)議建立了主設(shè)備查詢和從設(shè)備回應(yīng)的格式：設(shè)備（或廣播）地址、功能代碼、所有要發(fā)送的數(shù)據(jù)、錯(cuò)誤檢測(cè)域。Modbus協(xié)議同時(shí)支持RTU模式和ASCII模式，RTU模式對(duì)應(yīng)的幀格式如下：(ASCII模式介紹省略)
更詳細(xì)的說(shuō)明請(qǐng)查閱MODBUS協(xié)議的有關(guān)資料（或登陸網(wǎng)站 www.modbus.org）。 二、 艾默生PLC集成的MODBUS協(xié)議功能
艾默生EC20系列PLC的通信口COM 1集成了MODBUS主站協(xié)議， 在編程時(shí)先在編程軟件的系統(tǒng)塊里進(jìn)行設(shè)置具體如下：系統(tǒng)塊—>“通信口”菜單—>“通信口1參數(shù)設(shè)置”菜單—> 選“MODBUS協(xié)議”—> 進(jìn)行“MODBUS設(shè)置”—> 進(jìn)行通信參數(shù)和（主模式）站號(hào)等設(shè)置即可。
然后利用MODBUS指令進(jìn)行編程-----------MODBUS (S1) （S2）（S3）各參數(shù)含義如下：
S1 指定的通訊通道;
S2 發(fā)送數(shù)據(jù)起始地址;
S3 接收數(shù)據(jù)起始地址;
MODBUS指令發(fā)送過(guò)程中，自動(dòng)加上所需的起始字符，結(jié)束字符和校驗(yàn)和；發(fā)送的數(shù)據(jù)，不需設(shè)定發(fā)送的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度，系統(tǒng)會(huì)根據(jù)功能碼自動(dòng)按系統(tǒng)內(nèi)部設(shè)定長(zhǎng)度進(jìn)行發(fā)送。
2個(gè)重要的通信標(biāo)志：SM135-- MODBUS的通訊成功標(biāo)志位，通訊成功時(shí)置位,不會(huì)自動(dòng)復(fù)位，所以在發(fā)送數(shù)據(jù)的時(shí)候要進(jìn)行一次復(fù)位；SM136—MODBUS的通信錯(cuò)誤標(biāo)志位，通信錯(cuò)誤（包括從設(shè)備沒(méi)有回應(yīng)）時(shí)置位，不會(huì)自動(dòng)復(fù)位，所以在接收數(shù)據(jù)的時(shí)候要進(jìn)行一次復(fù)位；
三、 艾默生變頻器通信協(xié)議
艾默生公司生產(chǎn)的EV系列變頻器都集成MODBUS協(xié)議，且提供RS232C和RS485通信口供用戶選擇，所以通過(guò)PLC和變頻器通信的方式完成控制比較簡(jiǎn)單經(jīng)濟(jì)，而且顯得系統(tǒng)比較高檔，下面簡(jiǎn)單介紹其協(xié)議：
1. 支持MODBUS RTU和ASCII格式；
2. 參數(shù)的MODBUS協(xié)議地址影射規(guī)則：變頻器的功能碼參數(shù)、控制參數(shù)和狀態(tài)參數(shù)都映射為Modbus的讀寫寄存器。變頻器功能碼的組號(hào)映射為寄存器地址的高字節(jié)，組內(nèi)索引映射為寄存器地址的低字節(jié)。變頻器的控制參數(shù)和狀態(tài)參數(shù)均虛擬為變頻器功能碼組。功能碼組號(hào)與其映射的寄存器地址高字節(jié)的對(duì)應(yīng)關(guān)系如下：F0組：0x00；F1組：0x01；F2組：0x02；F3組：0x03；F4組：0x04；F5組：0x05；F6組：0x06；F7組：0x07；F8組：0x08；F9組：0x09；FA組：0x0A；Fb組：0x0B；FC組：0x0C；Fd組：0x0D；FE組：0x0E；FF組：0x0F；FH組：0x10；FL組：0x11；Fn組：0x12；FP組：0x13；FU組：0x14；變頻器控制參數(shù)組：0x32；變頻器狀態(tài)參數(shù)組：0x33。例如變頻器功能碼參數(shù)F3.02的寄存器地址為0x302，變頻器功能碼參數(shù)FF.01的寄存器地址為0xF01。
3. 支持的功能碼如下：
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功能碼 |
功能碼意義 |
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0x03 |
讀取變頻器功能碼參數(shù)和運(yùn)行狀態(tài)參數(shù) |
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0x06 |
改寫單個(gè)變頻器功能碼或者控制參數(shù)，掉電之后不保存 |
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0x08 |
線路診斷 |
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0x10 |
改寫多個(gè)變頻器功能碼或者控制參數(shù)，掉電之后不保存 |
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0x41 |
改寫單個(gè)變頻器功能碼或者控制參數(shù)，掉電之后保存 |
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0x42 |
功能碼管理 |
4. 具體的協(xié)議介紹請(qǐng)參考艾默生變頻器用戶手冊(cè)；
四、 程序流程圖
主設(shè)備對(duì)從設(shè)備的消息查詢命令主要分為2大類，連續(xù)命令序列和隨機(jī)命令序列。
連續(xù)命令序列: 主設(shè)備需要定時(shí)或連續(xù)向從設(shè)備發(fā)送的命令序列.特點(diǎn)是周期性,連續(xù)性.如PLC對(duì)變頻器讀取運(yùn)行頻率命令,運(yùn)行狀態(tài)命令等。
五、程序清單：( 子程序和主程序 )
本程序主要介紹1臺(tái)EC20PLC（作為主站）按照MODBUS協(xié)議網(wǎng)絡(luò)對(duì)3臺(tái)變頻器(從站號(hào)分別是2,3,4)進(jìn)行通信控制的簡(jiǎn)單范例，本例中：
連續(xù)命令序列 包括對(duì)2,3,4號(hào)變頻器的運(yùn)行頻率的讀取；
隨機(jī)命令序列 包括對(duì)2,3,4號(hào)變頻器進(jìn)行啟動(dòng)，停止，更改頻率的命令操作;
1） “變頻器正轉(zhuǎn)”子程序清單如下：
//主程序中用M1993作為各發(fā)送輔助使能，主要用于 MODBUS指令的上升沿觸發(fā)無(wú)其他用
LD LM0 //位輸入?yún)?shù)型—發(fā)送輔助使能
RST SM135 //復(fù)位成功標(biāo)志
RST SM136 //復(fù)位失敗標(biāo)志
LD SM0 //運(yùn)行標(biāo)志
MOV Z0 V9 //保存Z0值到V9
LD SM0 //運(yùn)行標(biāo)志
MOV V0 V10 //從機(jī)地址
MOV 16#6 V11 //功能碼
MOV 16#32 V12 //寄存器地址高字節(jié)
MOV 16#0 V13 //寄存器地址低字節(jié)
MOV 1 V14 //寫入數(shù)據(jù)高字節(jié)
MOV 16#C7 V15 //寫入數(shù)據(jù)低字節(jié)
//以下把發(fā)送數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移到D7940-D7945里
LD SM0
MOV 0 Z0
LD SM0
FOR 6
LD SM0
MOV V10Z0 D7940Z0
LD SM0
INC Z0
NEXT
//發(fā)送接收數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)放在D7970開(kāi)始區(qū)域
LD LM0
MODBUS 1 D7940 D7970
RST LM0 //馬上復(fù)位發(fā)送輔助使能
//無(wú)論成功失敗都還原Z0值
//當(dāng)然這里省略了錯(cuò)誤報(bào)告的處理
LD SM135
OR SM136
EU //上升沿
MOV V9 Z0
2） “停機(jī)”子程序（省略）
3） “設(shè)定頻率”子程序（省略）
4） “讀取運(yùn)行頻率”子程序（省略）
5） 主程序清單:
//******以下為通信邏輯處理部分******
LD SM1 //運(yùn)行第一周期脈沖
//***這里省略了檢查從機(jī)準(zhǔn)備好否的環(huán)節(jié)***
//***程序里設(shè)計(jì)了3個(gè)連續(xù)命令序列***
RST M6 //復(fù)位連續(xù)命令序列1使能標(biāo)志
RST M7 //復(fù)位連續(xù)命令序列2使能標(biāo)志
RST M8 //復(fù)位連續(xù)命令序列3使能標(biāo)志
ED //下降沿
//置位連續(xù)命令序列1使能標(biāo)志,以開(kāi)始第1條連續(xù)命令執(zhí)行
SET M6
//***程序里設(shè)計(jì)了共9個(gè)隨機(jī)命令序列***
//只要有至少1個(gè)隨機(jī)命令, // M1000=ON,表示有隨機(jī)命令等待,這樣在連續(xù)命令切換時(shí)優(yōu)先執(zhí)行隨機(jī)命令系列.
LD M0 //隨機(jī)命令序列1使能標(biāo)志
OR M1 //隨機(jī)命令序列2使能標(biāo)志
OR M2 //隨機(jī)命令序列3使能標(biāo)志
OR M3 //隨機(jī)命令序列4使能標(biāo)志
OR M4 //隨機(jī)命令序列5使能標(biāo)志
OR M5 //隨機(jī)命令序列6使能標(biāo)志
OR M9 //隨機(jī)命令序列7使能標(biāo)志
OR M10 //隨機(jī)命令序列8使能標(biāo)志
OR M11 //隨機(jī)命令序列9使能標(biāo)志
SET M1000
//所有隨機(jī)命令都處理完成后, M1000=OFF,表示隨機(jī)命令完成,則連續(xù)命令可以正常切換。
LDI M0
ANI M1
ANI M2
ANI M3
ANI M4
ANI M5
ANI M9
ANI M10
ANI M11
RST M1000
//任何1個(gè)連續(xù)命令未完成時(shí)，M1001=ON，標(biāo)志連續(xù)命令在進(jìn)行，如果有隨機(jī)命令必須等待。
LD M6
OR M7
OR M8
SET M1001
//連續(xù)命令處于切換狀態(tài)時(shí)，M1001=OFF，標(biāo)志連續(xù)命令完成，如果有隨機(jī)命令可以進(jìn)行。
LDI M6
ANI M7
ANI M8
RST M1001
//每1個(gè)連續(xù)命令完成且無(wú)隨機(jī)命令等待時(shí),啟動(dòng)延時(shí)T0 100MS,以便切換下1個(gè)連續(xù)命令執(zhí)行
LD M100 //連續(xù)命令1完成標(biāo)志
OR M101 //連續(xù)命令2完成標(biāo)志
OR M102 //連續(xù)命令3完成標(biāo)志
ANI M1000
TON T0 1 //啟動(dòng)延時(shí)T0 100MS
//******************************************
//**********以下為3個(gè)連續(xù)命令序列**********
//調(diào)用“讀取運(yùn)行頻率”子程序-2#站，頻率存在D1000里；
//通信成功或失敗都復(fù)位連續(xù)命令序列1使能標(biāo)志M6，同時(shí)置位完成標(biāo)志M100，以便進(jìn)行切換。當(dāng)然這里省略了失敗的處理子程序；
//延時(shí)T0時(shí)間后，執(zhí)行連續(xù)命令2序列，置位連續(xù)命令2序列使能標(biāo)志M7；
LD M6 //連續(xù)命令序列1使能
MPS
EU
SET M1993 //發(fā)送前置位發(fā)送輔助標(biāo)志
MRD
CALL 讀取運(yùn)行頻率 2 M1993 D1000
//參數(shù)注釋：站地址，發(fā)送輔助位，頻率存放地址
MPP
LD SM135
OR SM136
ANB
RST M6
SET M100
LD T0
AND M100
EU
RST M100 //復(fù)位連續(xù)命令1完成標(biāo)志
SET M7
//調(diào)用“讀取運(yùn)行頻率”子程序-3#站，頻率存在D1001里；
//通信成功或失敗都復(fù)位連續(xù)命令序列2使能標(biāo)志M7，同時(shí)置位完成標(biāo)志M101，以便進(jìn)行切換。當(dāng)然這里省略了失敗的處理子程序；
//延時(shí)T0時(shí)間后，執(zhí)行連續(xù)命令3序列，置位連續(xù)命令3序列使能標(biāo)志M8；
LD M7 //連續(xù)命令2序列使能
MPS
EU
SET M1993 //發(fā)送前置位發(fā)送輔助標(biāo)志
MRD
CALL 讀取運(yùn)行頻率 3 M1993 D1001
//參數(shù)注釋：站地址，發(fā)送輔助位，頻率存放地址
MPP
LD SM135
OR SM136
ANB
RST M7 //復(fù)位使能標(biāo)志
SET M101 //置位完成標(biāo)志
LD T0
AND M101
EU
RST M101 //復(fù)位連續(xù)命令2完成標(biāo)志
SET M8 //置位連續(xù)命令3使能標(biāo)志
//調(diào)用“讀取運(yùn)行頻率”子程序-4#站，頻率存在D1002里
//通信成功或失敗都復(fù)位連續(xù)命令序列3使能標(biāo)志M8，同時(shí)置位完成標(biāo)志M102，以便進(jìn)行切換。當(dāng)然這里省略了失敗的處理子程序；
//延時(shí)T0時(shí)間后，重新執(zhí)行連續(xù)命令1序列，置位連續(xù)命令1序列使能標(biāo)志M6；
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