艾默生工業自動化 李慶敏
本文通過艾默生PLC和多臺變頻器組網通信控制編程（以MODBUS協議方式）為例，說明PLC和多臺變頻器網絡控制的通信程序的設計方法。
Serves to illuminate design of communication program based on PLC and multi converter network control, by taking the match under MODBUS mode
關鍵詞：艾默生PLC，變頻器，MODBUS協議，連續命令序列，隨機命令序列
KEY WORDS：EMERSON PLC，INVERTER，MODBUS PROTOCOL， a series of orders， incidental orders
引言 隨著PLC技術的不斷發展，越來越顯示其強大的核心控制功能，PLC和其他設備之間的連接已經從比較煩瑣的傳統I/O方式向越來越受歡迎的簡潔先進的通信方式過渡，不僅為設計者節省了大量的硬件成本，更能為遠程控制，組網提供了可能，使控制系統更加無縫地融為一體。
本文主要通過艾默生PLC和多臺變頻器組網通信（以MODBUS協議方式）為例，說明PLC和多臺變頻器網絡控制的通信程序的設計方法。
一、 MODBUS協議簡要介紹
Modbus協議由美國著名的MODICON公司提出，通過此協議，控制器相互之間、控制器經由網絡（例如以太網）和其它設備之間可以通信，不同廠商生產的控制設備可以連成工業網絡，進行集中監控，它已經成為一通用工業標準。控制器通信使用主—從技術，即僅一設備（主設備）能初始化傳輸（查詢）。其它設備（從設備）根據主設備查詢提供的數據作出相應反應。典型的主設備：IPC，HMI，PLC等；典型的從設備：各種儀表，PLC，變頻器等。主設備可單獨和從設備通信，也能以廣播方式和所有從設備通信。如果單獨通信，從設備返回一消息作為回應，如果是以廣播方式查詢的，則不作任何回應。Modbus協議建立了主設備查詢和從設備回應的格式：設備（或廣播）地址、功能代碼、所有要發送的數據、錯誤檢測域。Modbus協議同時支持RTU模式和ASCII模式，RTU模式對應的幀格式如下：(ASCII模式介紹省略)
二、 艾默生PLC集成的MODBUS協議功能
艾默生EC20系列PLC的通信口COM 1集成了MODBUS主站協議， 在編程時先在編程軟件的系統塊里進行設置具體如下：系統塊—>“通信口”菜單—>“通信口1參數設置”菜單—> 選“MODBUS協議”—> 進行“MODBUS設置”—> 進行通信參數和（主模式）站號等設置即可。
然后利用MODBUS指令進行編程-----------MODBUS (S1) （S2）（S3）各參數含義如下：
S1 指定的通訊通道;
S2 發送數據起始地址;
S3 接收數據起始地址;
MODBUS指令發送過程中，自動加上所需的起始字符，結束字符和校驗和；發送的數據，不需設定發送的數據長度，系統會根據功能碼自動按系統內部設定長度進行發送。
2個重要的通信標志：SM135-- MODBUS的通訊成功標志位，通訊成功時置位,不會自動復位，所以在發送數據的時候要進行一次復位；SM136—MODBUS的通信錯誤標志位，通信錯誤（包括從設備沒有回應）時置位，不會自動復位，所以在接收數據的時候要進行一次復位；
三、 艾默生變頻器通信協議
艾默生公司生產的EV系列變頻器都集成MODBUS協議，且提供RS232C和RS485通信口供用戶選擇，所以通過PLC和變頻器通信的方式完成控制比較簡單經濟，而且顯得系統比較高檔，下面簡單介紹其協議：
1. 支持MODBUS RTU和ASCII格式；
2. 參數的MODBUS協議地址影射規則：變頻器的功能碼參數、控制參數和狀態參數都映射為Modbus的讀寫寄存器。變頻器功能碼的組號映射為寄存器地址的高字節，組內索引映射為寄存器地址的低字節。變頻器的控制參數和狀態參數均虛擬為變頻器功能碼組。功能碼組號與其映射的寄存器地址高字節的對應關系如下：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；變頻器控制參數組：0x32；變頻器狀態參數組：0x33。例如變頻器功能碼參數F3.02的寄存器地址為0x302，變頻器功能碼參數FF.01的寄存器地址為0xF01。
3. 支持的功能碼如下：
|
功能碼 |
功能碼意義 |
|
0x03 |
讀取變頻器功能碼參數和運行狀態參數 |
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0x06 |
改寫單個變頻器功能碼或者控制參數，掉電之后不保存 |
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0x08 |
線路診斷 |
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0x10 |
改寫多個變頻器功能碼或者控制參數，掉電之后不保存 |
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0x41 |
改寫單個變頻器功能碼或者控制參數，掉電之后保存 |
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0x42 |
功能碼管理 |
4. 具體的協議介紹請參考艾默生變頻器用戶手冊；
四、 程序流程圖
主設備對從設備的消息查詢命令主要分為2大類，連續命令序列和隨機命令序列。
連續命令序列: 主設備需要定時或連續向從設備發送的命令序列.特點是周期性,連續性.如PLC對變頻器讀取運行頻率命令,運行狀態命令等。
五、程序清單：( 子程序和主程序 )
本程序主要介紹1臺EC20PLC（作為主站）按照MODBUS協議網絡對3臺變頻器(從站號分別是2,3,4)進行通信控制的簡單范例，本例中：
連續命令序列 包括對2,3,4號變頻器的運行頻率的讀取；
隨機命令序列 包括對2,3,4號變頻器進行啟動，停止，更改頻率的命令操作;
1） “變頻器正轉”子程序清單如下：
//主程序中用M1993作為各發送輔助使能，主要用于 MODBUS指令的上升沿觸發無其他用
LD LM0 //位輸入參數型—發送輔助使能
RST SM135 //復位成功標志
RST SM136 //復位失敗標志
LD SM0 //運行標志
MOV Z0 V9 //保存Z0值到V9
LD SM0 //運行標志
MOV V0 V10 //從機地址
MOV 16#6 V11 //功能碼
MOV 16#32 V12 //寄存器地址高字節
MOV 16#0 V13 //寄存器地址低字節
MOV 1 V14 //寫入數據高字節
MOV 16#C7 V15 //寫入數據低字節
//以下把發送數據轉移到D7940-D7945里
LD SM0
MOV 0 Z0
LD SM0
FOR 6
LD SM0
MOV V10Z0 D7940Z0
LD SM0
INC Z0
NEXT
//發送接收數據,數據放在D7970開始區域
LD LM0
MODBUS 1 D7940 D7970
RST LM0 //馬上復位發送輔助使能
//無論成功失敗都還原Z0值
//當然這里省略了錯誤報告的處理
LD SM135
OR SM136
EU //上升沿
MOV V9 Z0
2） “停機”子程序（省略）
3） “設定頻率”子程序（省略）
4） “讀取運行頻率”子程序（省略）
5） 主程序清單:
//******以下為通信邏輯處理部分******
LD SM1 //運行第一周期脈沖
//***這里省略了檢查從機準備好否的環節***
//***程序里設計了3個連續命令序列***
RST M6 //復位連續命令序列1使能標志
RST M7 //復位連續命令序列2使能標志
RST M8 //復位連續命令序列3使能標志
ED //下降沿
//置位連續命令序列1使能標志,以開始第1條連續命令執行
SET M6
//***程序里設計了共9個隨機命令序列***
//只要有至少1個隨機命令, // M1000=ON,表示有隨機命令等待,這樣在連續命令切換時優先執行隨機命令系列.
LD M0 //隨機命令序列1使能標志
OR M1 //隨機命令序列2使能標志
OR M2 //隨機命令序列3使能標志
OR M3 //隨機命令序列4使能標志
OR M4 //隨機命令序列5使能標志
OR M5 //隨機命令序列6使能標志
OR M9 //隨機命令序列7使能標志
OR M10 //隨機命令序列8使能標志
OR M11 //隨機命令序列9使能標志
SET M1000
//所有隨機命令都處理完成后, M1000=OFF,表示隨機命令完成,則連續命令可以正常切換。
LDI M0
ANI M1
ANI M2
ANI M3
ANI M4
ANI M5
ANI M9
ANI M10
ANI M11
RST M1000
//任何1個連續命令未完成時，M1001=ON，標志連續命令在進行，如果有隨機命令必須等待。
LD M6
OR M7
OR M8
SET M1001
//連續命令處于切換狀態時，M1001=OFF，標志連續命令完成，如果有隨機命令可以進行。
LDI M6
ANI M7
ANI M8
RST M1001
//每1個連續命令完成且無隨機命令等待時,啟動延時T0 100MS,以便切換下1個連續命令執行
LD M100 //連續命令1完成標志
OR M101 //連續命令2完成標志
OR M102 //連續命令3完成標志
ANI M1000
TON T0 1 //啟動延時T0 100MS
//******************************************
//**********以下為3個連續命令序列**********
//調用“讀取運行頻率”子程序-2#站，頻率存在D1000里；
//通信成功或失敗都復位連續命令序列1使能標志M6，同時置位完成標志M100，以便進行切換。當然這里省略了失敗的處理子程序；
//延時T0時間后，執行連續命令2序列，置位連續命令2序列使能標志M7；
LD M6 //連續命令序列1使能
MPS
EU
SET M1993 //發送前置位發送輔助標志
MRD
CALL 讀取運行頻率 2 M1993 D1000
//參數注釋：站地址，發送輔助位，頻率存放地址
MPP
LD SM135
OR SM136
ANB
RST M6
SET M100
LD T0
AND M100
EU
RST M100 //復位連續命令1完成標志
SET M7
//調用“讀取運行頻率”子程序-3#站，頻率存在D1001里；
//通信成功或失敗都復位連續命令序列2使能標志M7，同時置位完成標志M101，以便進行切換。當然這里省略了失敗的處理子程序；
//延時T0時間后，執行連續命令3序列，置位連續命令3序列使能標志M8；
LD M7 //連續命令2序列使能
MPS
EU
SET M1993 //發送前置位發送輔助標志
MRD
CALL 讀取運行頻率 3 M1993 D1001
//參數注釋：站地址，發送輔助位，頻率存放地址
MPP
LD SM135
OR SM136
ANB
RST M7 //復位使能標志
SET M101 //置位完成標志
LD T0
AND M101
EU
RST M101 //復位連續命令2完成標志
SET M8 //置位連續命令3使能標志
//調用“讀取運行頻率”子程序-4#站，頻率存在D1002里
//通信成功或失敗都復位連續命令序列3使能標志M8，同時置位完成標志M102，以便進行切換。當然這里省略了失敗的處理子程序；
//延時T0時間后，重新執行連續命令1序列，置位連續命令1序列使能標志M6；
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