基于Modbus现场总线的PLC通讯

摘　要：本文以一个具体的工程项目为例，介绍了基于Modbus现场总线通讯协议以及PLC通信的实现。

关键词：PLC通信；modbus；现场总线

引言

　　在工业控制中，可编程控制器（简称PLC）作为工业控制装置已得到广泛的应用。采用高度实时性、高可靠性的PLC通信技术，就成为构成性能优异的自动控制系统的关键所在。Modbus协议是应用于电子控制器的一种通用语言。通过此协议，控制器和控制器经由（例如以太网）和其他设备之间可以通信。

1.应用背景

　　 在一个控制系统中，往往需要对几个分布的电机进行集中的控制，这就需要一个主控制器和若干个从变频器，这里的主控制就是PLC，我们可以通过触摸屏等外围设备给PLC输入，PLC可以监控各个变频器的运行状态，给PLC传达控制指令，这样PLC，变频器与电机就构成了工业控制中最常见也最小的控制系统。如图1我们是用modbus协议构建工业通信网络。

2.基于Modbus的PLC通信

   现在的变频器和PLC大多提供RS485和RS422接口，这里我们选用三菱的FX-2N和安川G7变频器为例来具体介绍下基于modbus的PLC通信。

    2.1 通讯协议

　　Modbus是一种串行通讯协议，通信协议定义了串行通信中传输的信息内容及使用格式。其中包括：主机轮询（或广播）格式；主机的编码方法，内容包括：要求动作的功能码，传输数据和错误校验等。从机的响应也是采用相同的结构，内容包括：动作确认，返回数据和错误校验等。如果从机在接收信息时发生错误，或不能完成主机要求的动作，她将组织一个故障信息作为响应反馈给主机。该协议应用与变频器接入具备RS232/RS485总线的"单主多从"PC/PLC控制网络。接口方式为RS232/RS485硬件接口。传输方式为异步串行，半双工传输方式。在同一时刻主机和从机只能有一个发送数据而另一个只能接收数据。数据在串行异步通信过程中，是以报文的形式，一帧一帧发送。单主机多从机系统。从机地址的设定范围为1~247，0为广播通信地址。网络中的从机地址必须是唯一的拓扑结构。

    2.2 通讯部分的连线

　　通讯部分的连线比较简单，FX2N要通过RS485通讯模块SW-FX2N-485-BD与安川变频器相连，原理图中已给出连线，注意正负级不能接错，触摸屏通过PLC口与FX2N相连，下面图2是通讯模块，触摸屏与PLC的实物图与连线图。

　

    2.3 通讯参数的设置

　　通讯参数的设置分为变频器通讯参数的设置，这里介绍PLC通讯参数的设置和触摸屏通讯参数的设置。

　　（1）变频器部分：

　　每中变频器都有它固定的通讯格式，安川变频器通讯格式中有些通讯参数已经固定下来，不可更改，比如同步方式，数据长度，停止位个数，通讯协议等，像站地址，波特率，奇偶校验等则可以通过参数进行更改。

　　  Modbus是主控制器对驱动装置的传送指令，驱动装置采用接受指令响应方式，一下为传接信号的构成，因指令内容不同，数据长度有变化。变频器的通讯是需要设定的参数主要有频率指令的输入方法b1-01，运行指令的输入方法b1-02，站地址H5-01，传送速度H5-02，传送校验H5-03，其他参数按出厂设置即可。

　　（2） PLC部分

　　PLC部分主要是串行数据RS指令的使用和几个特殊通讯软元件的使用。

　　RS指令是为RS232，RS485功能扩展板及特殊适配器进行发送接受串行数据的指令，格式如图3所示：

   

　　根据变频器的参数设定，我们设置D8120的参数为08C1H，即8位无校验1位停止9600波特率无终止符RS485通讯。

　　在发送数据时，必须对发送标志位M8122进行置位，发送完成系统自动复位，无需手工复位。当有数据过来时，接受标志位M8123自动置位，接受后必须对M8123进行手工复位。

与变频器的通讯程序

　　  首先介绍读的程序，下面是通讯程序一开始的参数设置，读和写都是一样的，它们的作用是设置通讯格式，设置8位传送，超时判断和串行数据传输。前面的参数正确设置后，接下来就是传输参数的设置，这些参数都是PLC按照一定的格式发送给指定变频器的，在通讯正确的情况下，变频器也会按一定格式返回给PLC包含有要求访问的数据的参数。

　　传送数据完成后，变频器会响应请求，在其内部存储器地址0024H中读出输出频率后返回给PLC，数据存放在D313和D314中，PLC通过程序将数据存放在D318中，连接触摸屏后，触摸屏直接访问PLC的D318，即可显示输出频率。连接上触摸屏之后直接将触摸屏上数据输入的地址改成D320，可实现从触摸屏上输入频率了。

4.触摸屏设计

　　现在很多拉丝机很多都用到了触摸屏，拉丝机作为加工线缆的重要设备，本来代价就比较大，而拉丝机的客户有大多是加工线缆的公司，所以对拉丝机性能和稳定性远远超过了对拉丝机成本的要求，很多客户为了追求操作的简单和直观，加上工业现场工况的恶劣，直接要求拉丝机上必须具备有触摸屏的功能，触摸屏可以和PLC通讯，也可以直接和变频器通讯，25触摸屏工作电压是+24V直流电源，通过PLC给定。连线方面很简单，通过download口从电脑上下载程序，PLC口与三菱的FX2N连接即可。

5.结束语

　　在实施图2所示项目中， 采用了基于Modbus现场总线的PLC通信技术。该项目的运行实践表明： PLC与变频器之间的通信具有高度实时性、 高可靠性的特点，完全能够满足实际生产对自动控制的要求。

参考文献：

[1] 韩兵、于飞.现场总线控制系统应用实例[M].北京：化学工业出版社,2006

[2] 陈在平.可编程控制器技术与应用系统的设计[M].北京：机械工业出版社,2006

[3] 王树青.工业过程控制[M].北京：化学工业出版社，2007

[4] 许大中.交流电机调速理论[M].杭州：浙江大学出版社，1991

[5] 三菱公司.三菱FX说明书[R].2008

[6] 安川电机.安川G7变频器说明书[R].2008

[7] 信捷公司.TP系列触摸屏[R].2008

[8] Lenohard,W. Control of Electrical Drives er-Verlag,2001

作者简介：周霞（1978-），女，湖南邵阳人，工作于阳江职业技术学院，讲师，硕士，主要研究领域为计算机应用、网络技术、自动化控制。