利用Modbus协议实现垂直螺旋卸车机取料器自动调速方法

杨平

摘 要：垂直螺旋卸车机集料器速度控制方法，用于垂直螺旋卸车机集料器运行速度受到垂直螺旋卸车机主螺旋运行状态限制，从而限制了垂直螺旋卸车机集料器物料进入的多少，解决垂直螺旋卸车机主螺旋堵料的问题。

关键词：垂直螺旋卸车机；编码器；变频器；物理层；I/O端子

中图分类号：TQ520 文献标识码：A

0.前言

Modbus通信协议被广泛应用于工业现场控制系统的自动化设备中。S7-200SMART系列PLC是西门子新推出的小型紧凑型可编程控制器，适用于各种自动化系统。全新的S7-200SMART拥有两种不同的CPU模块，标准型和经济型。全方位地满足不同的行业需求。标准型作为可扩展CPU模块，可满足对I/O规模有较大需求，逻辑控制较为复杂的应用；而经济型CPU模块直接通过单机本体满足相对简单的控制要求。S7-200SMART支持多种通信协议，Modbus RTU、PPI、USS和用户自定义的自由口通信协议。用户完全可以使用Modbus通信协议把S7-200SMART和其他设备连接在一起。

1. Modbus协议概述

Modbus通信协议是应用于电气自动化控制系统上的一种通用语言。通过此协议，智能控制器相互之间、智能控制器通过网络（例如Internet）和其他设备之间可以通信。Modbus协议定义特定的传输格式，消息的传输方式为异步，并以字节为单位，主站与从站之间传递的信息是11位的字格式。有奇偶校验位、起始位i额、数据位、停止位。主站寻址某一个从站时，与主站发送的地址码相符的从站接收到命令，如果奇偶校验无错误，则执行相应的操作，然后把执行结果回送给主站，否则不返回任何信息。

1.1 Modbus协议分类

Modbus协议分为：ModBus RTU通信协议，ModBus ASCII通信协议，ModBus TCP通信协议。

1.2 Modbus RTU通信格式

本系统主设备为S7-200 PLC，从站设备为两台变频器。主站以广播方式和所有从站通信。如果单独通信，从站返回一消息作为回应，如果是以广播方式查询的，则不作任何回应。

通信格式为：1个起始位，8个数据位，无校验位，1个停止位。波特率：9600。消息发送至少要以3.5个字符时间的停顿间隔作为开始。

2.集料器速度控制

2.1 背景技术

现在垂直螺旋卸车机使用的主螺旋电机、集料器电机的控制方式为星三角变换启动，两个电机独立控制，启动转动惯量大，对机械结构的冲击大，交流接触器触点粘连频繁，主螺旋机构容易发生堵料造成主螺旋电机烧毁。而采用主螺旋电机、集料器电机分别用变频器驱动，并由PLC与变频器进行MODBUS通信，通过主螺旋电机的电流大小，调节集料器电机的运行速度的控制方式，减少了电机启动对机械结构的冲击，减少故障率，避免了由于主螺旋机构发生堵料造成主螺旋电机烧毁，提高了生产效率。

2.2 控制原理

系统机械结构示意如图1所示。

電气系统硬件组成为：PLC西门子S7-200 SMART CPU，变频器西门子G120系列，触摸屏威纶EMT3120，编码器宜科EB100P。

2.3 实现方法

垂直螺旋卸车机主螺旋电机与集料器电机分别装有编码器，并分别通过变频器进行闭环矢量控制，两个变频器与PLC建立Modbus通信，PLC读取写入变频器参数，主螺旋电机的电流大小影响着集料电机的速度，主螺旋电机的电流过大达到上限时，集料电机转速降低甚至停止，直到主螺旋电机的电流恢复正常，避免了主螺旋机构堵料，甚至烧毁主螺旋电机，变频器的状态信号通过PLC的I/O端子进行状态监控。

2.3.1 通信电缆连接

用电缆将S7-200 Port 1端口与G120的RS485接口相连（注意端口连接规则：G120的P+对3、N-对8）

2.3.2 变频器参数设置

G120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。参数设置如下所示：

参数P0700，实际设置值5

参数P1000，实际设置值5

参数P2023，实际设置值2

参数P2010，实际设置值6

参数P2021，实际设置值3

参数P2022，实际设置值2000

参数P2014，实际设置值0

2.3.3 PLC程序（图2）

结语

综合以上内容，对Modbus协议做出了简单介绍，阐述了西门子S7-200SMART PLC通过RS485物理接口与G120变频器进行通信控制。在程序实例中也体现了MBUS_CTRL指令和MBUS_MSG指令的应用。该方法通过监控主螺旋电机的电流数值来控制取料器电机的转速，避免了因物料过多的摄入而导致主螺旋电机的过载，甚至烧毁，提高了垂直螺旋卸车机的卸车效率。

参考文献

[1夏勇. Modbus通信协议在S7-200通信中的应用[J].自动化与仪器仪表，2009（1）：1-2.

[2]西门子. S7-200 SMART系列可编程控制器系统手册[Z].