Modbus总线控制在智慧工厂中的应用

卓晓怡++应秋红++李方园

摘 要：智慧工厂的体系架构中，总线控制是其中最常用的一种，该文介绍的Modbus协议是应用于各种工厂控制器上的一种通用语言。通过阐述Modbus通讯的硬件基础、变频器参数设置、PLC编程过程和Commix串口调试工具，进一步细化了工厂传动控制的数字化系统架构。

关键词：智慧工厂 总线控制 Modbus 串口调试软件

中图分类号：TP273.5 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）10（b）-0011-02

智慧工厂是现代工厂信息化发展的新阶段，它是在数字化工厂的基础上，利用物联网技术和设备监控技术加强信息管理和服务；清楚掌握产销流程、提高生产过程的可控性、减少生产线上人工的干预、即时正确地采集生产线数据，以及合理的生产计画编排与生产进度。

智慧工厂的体系架构中，总线控制是其中最常用的一种，该文介绍的Modbus协议是应用于各种工厂控制器上的一种通用语言。通过此协议，控制器相互之间、控制器经由网络（例如以太网）和其他设备之间可以通信，该协议最早由施耐德公司最先提出，并最终演变为一种国际通用的总线标准。

Modbus协议支持传统的RS-232、RS-422、RS-485和以太网设备。许多工业设备，包括变频器、PLC、DCS、智能仪表等都在使用Modbus协议作为他们之间的通讯标准。

Modbus协议能设置为两种传输模式（ASCII或RTU）中的任何一种，用户选择想要的模式，包括串口通信参数（波特率、校验方式等），在配置每个控制器的时候，在一个Modbus网络上的所有设备都必须选择相同的传输模式和串口参数。ASCII模式，是指以ASCII（美国标准信息交换代码）模式通信，在消息中的每个8Bit字节都作为一个ASCII码（两个十六进制字符）发送。而RTU模式，则是以RTU（远程终端单元）模式通信，在消息中的每个8Bit字节包含两个4Bit的十六进制字符。这种方式的主要优点是：在同样的波特率下，可比ASCII方式传送更多的数据。

1 智慧工厂传动控制的Modbus总线应用

1.1 Modbus通讯的硬件基础

智慧工厂的传动控制，一般是指控制电机驱动生产机械以实现产品数量的增加、产品质量的提高、降低成本、改善工人劳动强度及合理利用能源。由于驱动电机目前主要以变频器为主，这里以V20变频器与S7-200之间的Modbus RTU通讯为例进行说明。

对于要实现V20变频器与S7-200之间的Modbus RTU通讯，必须要具备PC/PPI电缆、S7-200、电源模块、通信电缆、V20驱动装置和一台PC机。其接线方法如图1所示。

1.2 变频器参数设置

V20可以通过选择连接宏Cn011实现Modbus RTU控制，也可以通过直接更改变频器参数的方法来实现。参数设置如表1所示。

1.3 PLC编程过程

首先确认S7-200的Modbus Master库文件已经安装，同时了解V20的Mobus协议中的主要寄存器地址，如表2所示。

在编译程序之前，选择“程序块”->“库”右键，选择“库存储区”；在点击“建议地址”选择V存储区的地址后点击“OK”退出。最后调用指令进行初始化Modbus Master端口。

调用Modbus RTU主站读写功能块MBUS_MSG，发送一个Modbus请求。比如写入控制字1和速度实际值，如图2所示。

MBUS_MSG_P1指令的参数说明如下：

（1）EN使能：同一时刻只能有一个读写功能（即MBUS_MSG）使能。V20对于写指令同一时刻只运行对一个保持寄存器操作；读指令同一时刻最大允许操作125个保持寄存器。

（2）First读写请求位：每一个新的读写请求必须使用脉冲触发。

（3）Slave从站地址：可选择的范围1～247。

（4）RW请求方式：0=读，1=写。

（5）Count数据个数通讯的数据个数（位或字的个数）。Modbus主站可读/写的最大数据量为120个字（是指每一个MBUS_MSG 指令）。

（6）DataPtr数据指针：如果是读指令，读回的数据放到这个数据区中；如果是写指令，要写出的数据放到这个数据区中。

（7）Done完成位：读写功能完成位。

（8）Error错误代码：只有在Done位为1时，错误代码才有效。

常用的控制字包括047E（运行准备）、047F（正转启动）、0C7F（反转启动）、04FE（故障确认）。

其他更多指令调用请见参考文献。

1.4 Commix串口调试工具

Commix是为工业控制设计的串口设备调试工具，已被很多工控行业人员使用它能根据设备的通讯协议，方便地生成多种冗余校验如Modbus，并加上结束符，适用于大多数串口通讯的工业设备。

打开串口调试软件Commix（此处为中文版1.3），设置好相应通讯数据发送指令观察反馈信息（如图3所示）。

发送和反馈字节说明如下：

（1）发送部分。

02 即从站地址，P2021=2；

03 读取从站信息；

000a 读取地址，是16进制数，P1120对应的地址为40011，40011-40001=10转化为十六进制数位000a；

0002读取位数为两位，即读000a和000b的内容，即P1120和P1121参数的内容。

（2）反馈部分。

02 即从站地址，P2021=2；

03 读取从站信息；

04 读到4个字节数据；

01F4即P1120内的数据，转化为十进制为500，表格内比例为100，即变频器实际数字值为5 s。

03E8即P1121内的数据，转化为十进制为1000，即实际减速时间为10 s。

由此可见，通过modbus通讯协议，能准确快速读取变频器内的参数值。

2 结语

智慧工厂的发展，是智能工业发展的新方向，其特征体现在制造生产上，最主要的就是可采集与理解外界及自身的资讯，并以之分析判断及规划自身行为，从而使得系统具有自主能力。该文通过应用Modbus现场总线对工厂的传动控制如何进行硬件架构、参数设置、软件编程和调试进行了详细的阐述。

参考文献

[1] 李方园.变频器控制技术[M].北京：电子工业出版社，2010.

[2] 李方园.图解变频器控制[M].北京：中国电力出版社，2012.

[3] 张宗桐.变频器应用与配套技术[M].北京：中国电力出版社，2008.endprint