趙安，馬彬彬

(泰州職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇 泰州 225300)

0 引言

Modbus通信協(xié)議是Modicon公司在1979年提出的一種報文傳輸協(xié)議，是廣泛應(yīng)用于當(dāng)今工業(yè)控制領(lǐng)域的通用通信協(xié)議，是全球第一個真正用于工業(yè)現(xiàn)場的總線協(xié)議。它已經(jīng)成為一個通用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。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))和其他設(shè)備之間可以通信。此協(xié)議分為支持RS-232C、RS-422/485的串行鏈路協(xié)議和基于TCP/IP的Modbus，其中串行鏈路協(xié)議以主從的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸[1]。許多現(xiàn)場工業(yè)設(shè)備，包括PLC、DCS、智能儀表等都在使用Modbus協(xié)議作為它們之間的通信標(biāo)準(zhǔn)。本文通過此協(xié)議，利用S7-1200和G120之間的Modbus通信，實現(xiàn)若干臺異步電動機的運行監(jiān)控。

1 控制系統(tǒng)硬件構(gòu)成

控制系統(tǒng)硬件主要包括西門子S7-1200系列可編程控制器CPU1214C、S7-1200系列通信板CB1241、西門子G120變頻器、西門子HMI精簡面板、三相交流異步電動機等?？刂葡到y(tǒng)硬件接線示意圖如圖1所示。

圖1 硬件接線示意圖

2 G120變頻器參數(shù)設(shè)置

不管選擇何種控制方式，在進(jìn)行具體的G120變頻器參數(shù)設(shè)置之前，都需要根據(jù)G120操作手冊的要求先選用與G120配套的電機，并將電機銘牌上相關(guān)參數(shù)輸入G120完成基本調(diào)試，然后根據(jù)控制方式選擇宏指令，并進(jìn)行參數(shù)設(shè)置和修改。所選擇Modbus現(xiàn)場總線的控制方式，其參數(shù)設(shè)置如表1所示[2]。需要注意的是，同一控制網(wǎng)絡(luò)中，不同的變頻器從站地址不能相同，其參數(shù)設(shè)置也略有差異。

表1 Modbus現(xiàn)場總線某一個變頻器參數(shù)設(shè)置

3 PLC控制程序設(shè)計

3.1 組態(tài)Modbus通信端口

在組態(tài)Modbus通信端口時，必須使用1次“MB_COMM_LOAD”指令，從而實現(xiàn)使用 Modbus RTU 協(xié)議來通信?！癋irstScan”發(fā)送組態(tài)請求，端口選“Local～CB_1241_(RS485)”，波特率可選9 600，奇偶校驗選擇偶校驗。組態(tài)Modbus通信端口程序如圖2所示[3]。

圖2 組態(tài)Modbus通信端口程序

3.2 啟動和停止控制字的產(chǎn)生

PLC通過向G120發(fā)送控制字等信息實現(xiàn)電機的啟停、換向以及調(diào)速控制，并可從G120讀取狀態(tài)信息。以1臺電機控制為例，編寫其啟停控制字的產(chǎn)生程序如圖3所示[4]。

圖3 產(chǎn)生啟?？刂谱值某绦?/p>

3.3 向變頻器發(fā)送啟?？刂菩盘?/h3>

啟停控制請求用的是同一個“MB_MASTER”指令，可以用同一個“DATA_PTR”地址。啟動和停止信號均通過HMI給定。啟動控制程序如圖4所示[3]。

圖4 啟?？刂瞥绦?/p>

3.4 電機運行速度設(shè)定程序

電機運行速度RPM可通過HMI給定，轉(zhuǎn)換后送給速度控制字MW130。設(shè)定值確認(rèn)后，以通信方式寫入G120。不同的“MB_MASTER”指令的“DATA_PTR”的參數(shù)最好不要用同一個地址，防止發(fā)生數(shù)據(jù)信息沖突。電機運行速度設(shè)定程序如圖5所示[3-4]。

圖5 電機運行速度設(shè)定程序

3.5 從G120讀取電機運行狀態(tài)信息

電機運行后，可通過“MB_MASTER”指令從G120讀取電機實際運行的速度、頻率及方向，并在HMI上顯示出來，讀取的速度和頻率都有正負(fù)值之分，正值表示電機正轉(zhuǎn)，負(fù)值表示電機反轉(zhuǎn)。讀取電機實際運行速度和頻率的控制程序如圖6和圖7所示[3-4]。

圖6 從G120讀取電機實際運行速度

圖7 從G120讀取電機實際運行頻率

不同的變頻器，其PLC控制程序類似，在此不再贅述。S7-1200采用Modbus串行鏈路協(xié)議中的RTU(遠(yuǎn)程終端單元)模式，本文中通信主站為CB1241，最多可以與32個從站通信。主站在Modbus網(wǎng)絡(luò)上沒有地址，從站地址范圍為0-247，其中0為廣播地址[1]。

4 HMI組態(tài)畫面設(shè)計

控制系統(tǒng)選用與S7-1200配套的SIMATIC HMI精簡面板，SIMATIC HMI精簡系列面板滿足了用戶對高品質(zhì)可視化和便捷操作的需求[5]。用戶可在HMI集中實現(xiàn)多臺電機的遠(yuǎn)程控制，并準(zhǔn)確獲取各個電機的運行狀態(tài)等信息。各電機的監(jiān)控組態(tài)信息如圖8所示[6]。

圖8 電機監(jiān)控HMI畫面組態(tài)

5 結(jié)語

通過Modbus現(xiàn)場總線，異步電動機的變頻調(diào)速監(jiān)控變得方便、直觀、交互性強、易于遠(yuǎn)程控制。PLC和變頻器之間進(jìn)行通信，使得PLC可將控制信息發(fā)送給變頻器，并從變頻器接收電機運行的各種狀態(tài)信息。這些控制信息和狀態(tài)信息都在HMI上實時動態(tài)地顯示出來。經(jīng)現(xiàn)場調(diào)試證實，控制系統(tǒng)運行可靠，功能完善，具有較高的應(yīng)用價值。