基于Modbus 协议的变频风机优缺点

牛 峥，张远霞，张东海，宋利峰

（1.中国南方电网有限责任公司超高压输电公司广州局，广东 广州 510670； 2.云南兆富科技有限公司，云南 昆明 660214）

1 Modbus 监控总线特点

Modbus 监控总线广泛应用于智能仪器仪表、智能监控高低压、继电器、变送器、可编程微机控制器、人机交互界面、变频器、现场以及智能监控设备等诸多应用领域[1]。Modbus 与其他现场数据总线和其他工业通信网络设备相比，具有以下显著特点。

1.1 服务标准开放

注册用户完全可以随时免费安全放心地下载使用oomodbus 协议，不用担心缴纳开发许可证等费用，不会担心涉及其中侵犯任何知识产权。

1.2 产品应用广泛

凡在rmodbus 各种协议连接设备上具有prs232/485接口的，均可以直接使用本公司产品，并可实现与现场数据总线上的profibus 的接口互连。例如，各种具有acmodbus 协议传输接口的智能变频器、智能设定高低压的变电器、电机紧急启动安全保护装置、电量自动测量管理装置、智能现场电力测量管理设备以及各种电力变送器及测量仪表等。

1.3 Modbus 协议可以同时支持较多不同类型的物理电气总线接口

Modbus 电气总线接口协议可以采用物理主站，也是查询从属主站的一种方式，如图1 所示。

1.4 Modbus 的视频帧编码具有优势

Modbus 的视频帧编码格式较为简单、紧凑、规范，易于在线传输且通俗易懂。用户下载使用容易，厂商合作开发简单。用户不必过分了解产品profibus 和prmodbus 的所有技术细节，只需仔细参考产品说明使用手册和网上提供的各种应用程序实例，按用户要求快速完成系统配置，不需要复杂的软件编程，即可在短时间内轻松实现各种设备间的快速连接和通信。

图1 Modbus 协议同时支持多种不同类型的物理电气总线接口

1.5 透明通信映射连接通信

数据网络端和用户之间通信可以直接依照在点与点或profibus 之间透明通信数据连接点对数据的各个分区和在点与点或Modbus 之间透明通信数据连接点对数据的各个分区的透明连接映射进行通信连接关系，实现了在点与profibus 之间连接数据到点和点与Modbus之间的透明通信连接数据透明化的连接映射通信。

Modbus 通信协议协议是一种新型工业现场应用总线通信协议。它预先定义的结构是一种电子设备或微控制器系统可以实时识别和控制使用的网络信息帧传输结构，独立于物理层面的介质，可以同时承载多种工业网络传输类型。Modbus 网络协议把双向通信中的参与者按照规定区分为主地从站（master）和从地主站（slave）[2]。数据和视频信息的双向通信方式遵从一个主、从站模式，当它们被应用于一个标准化的Modbus协议网络时，信息被直接双向传送。Modbus 串行总线连接网络系统中的各个总线智能电子设备均可通过一个异步的或串行总线连接起来，只是仅允许一个智能控制器设备作为主站，其余各个智能电子设备均可作为从属主站。采用主站命令、应答的自动通信发送方式，主站自动发出请求，从而主站自动应答服务请求并及时送回服务数据或从站状态等信息。Modbus 报告协议是自定义的各种报告信息帧传输格式，描述了从户主站服务控制器自动访问从站用户设备的整个过程，规定从户主站怎样及时做出报告应答、响应以及如何检查和修正报告信息传输中的错误等。网络系统中的每个从终端设备都必须自动分配数据给一个唯一的网络地址，只有一个符合唯一地址分配要求的从终端设备才有机会自动响应主机从设备直接发出的网络命令。

2 Modbus 协议的变频风机优点

Modbus 最初为实现PLC 总线通信而设计，通过24 种信息总线通信命令集实现通过PLC 与周围外界的各种信息总线交换。这些通用总线通信命令集所对应的总线通信处理功能，主要包括对ai/ao、di/do 的总线数据实时传送。

由于新的Modbus 系列总线通信系统技术开发成本低、简单、快捷、易用，且现在很多电子工业的微控制器、PLC、变频器和显示屏等都必须具有一个Modbus 通信接口，所以它已经发展成为一种国际公认的总线通信技术标准[3]。通过连接Modbus 的4 个总线，可以方便地将不同生产厂商设计生产的自动控制器等设备直接连成一个工业监控网络，以便进行集中自动监控。

本文基于Modbus协议的变频风机具有如下优点[4]： 稳定性较好且简单易行，易批量生产；开发成本低；易于形成网络，方便监控并延长了系统的控制距离；简化了操作系统的软硬件，并且可实时自动识别获取各不同类型直流变频器的实际运行工作状态，包括逆变电机静态运行旋转温度自动状态、运行旋转速度自动参数以及故障报警状态自动报警等；主站变压控制器与从属主站变压调频器之间的变频连接只有2 根变频通信线，减少了通信线路之间连接的网络复杂性，提高了系统工作的可靠性。

3 Modbus 协议的变频风机的缺点

Modbus 通信对于硬件要求不高，适用设备多，因此广受欢迎，但是其缺点也很明显，如技术滞后性高。基于Modbus 协议的变频风机通常具有如下缺点[5]：

（1）调速电机，调速有PID 回路，PID 的输出值必须等到轮询到该站点时才能写入该变频器，具有明显的滞后性。

（2）如果有一个站通信故障，Modbus 功能块会不停尝试连接，直到看门狗时间到，这对轮询来说是个致命打击。

（3）变频器状态字节不连续，变频器Modbus 读回的频率、电流以及变频器端子输入信号状态相隔的字节数较远，可能一个站点需要2 次读取，不仅占用轮询时间，还会导致编程复杂。