基于Modbus总线的变频器控制方法

2020-09-04沈盛阳谢一伟曹祖鸣

锻压装备与制造技术 2020年4期

沈盛阳，谢一伟，曹祖鸣

（扬力集团股份有限公司，江苏扬州 225000）

压力机广泛应用于切断、冲孔、落料、弯曲和成形等工艺，其机械原理是由电机经过传动机构带动工作机构，对工件施加工艺力。其中，电机的控制尤为重要。最初，为使电机的启动电流不对电网电压产生过大冲击，一般采用星三角降压启动。随着工业自动化的不断提高，客户对于压力机的能耗、调速等需求也水涨船高，而变频器在这些方面有着得天独厚的优势，因此得到了广泛的应用。

本文以欧姆龙CJ2M可编程控制器和汇川MD290变频器组成的控制系统为例，研究可编程控制器与变频器之间的Modbus通讯的具体实现方法，为压力机的调速、电机参数监控提供一种技术参考。

1 Modbus总线

Modbus总线是一种串行通讯协议，最大允许240个设备连接在一个网络上，大多数支持Modbus总线的设备都通过RS-485接口进行传输。RS-485接口为半双工的工作机制，即任何时候只能有一点处于发送状态，因此发送电路须由使能信号加以控制。发送端为平衡发送，将信号调制成为对称的信号用双线发送，两线间的电压差+（2-6）V为逻辑“1”，两线间的电压差-（2-6）V为逻辑“0”。接受端为差分接受，接受两个信号，这两个信号振幅相等，相位相反（区别于传统的一根信号线，一根地线的做法）。Modbus总线的最大传输距离约为1219m，最大传输速率为10Mbps，传输距离与传输速率成反比，即传输距离越远，传输速率越慢。如果高频信号的波长相对于传输距离较短，会在终端形成反射波，干扰原有信号。为了避免信号的反射和回波，需要在总线的两端增加终端电阻。图1为Modbus总线接头针脚的定义。

在多机连线时，每台从站均需要分配一个地址，主站与从站之间进行串行通信时，通常是主站先呼叫其中的一台从站与其进行数据交互，未被呼叫的从站则继续自己的工作。

2 变频器

汇川MD290系列通用变频器主要用于控制和调节异步电机的速度，具备可编程功能及后台软件监控，通讯总线功能，组合功能丰富强大，具有性能稳定的特点，直接输入的直流母线端子和风扇直流供电使得标准产品可以兼容共直流母线运行方式，而且针对冲压行业重载的应用场合特别做了优化，使复杂的应用调试和运行都很轻松，安全可靠。

汇川MD290系列通用变频器提供RS485接口，并支持Modbus-RTU从站通讯协议，可以通过可编程控制器集中控制，通过该通讯协议设定变频器运行命令，修改或读取功能码参数，从而读取变频器的工作状态及故障信息等。其通讯数据格式如图2所示，变频器只支持Word型参数的读或写，对应的通讯读操作命令为0X03，写操作命令为0X06，不支持字节或位的读写操作。

3 通讯配置

3.1 硬件配置

本文以欧姆龙PLC CJ2M和汇川MD290系列变频器为例进行配置，具体型号如表1所示,MD290通讯结构如图2所示。

将变频器上电之后，通过自带的操作面板设置相关参数，其中FD-00(通讯波特率)设置为5005，FD-01(数据格式)设置为 0，FD-02(本机地址)设置为2，FD-05(通讯数据格式)设置为30。通过以上的设置，变频器的通讯参数基本设置完毕。

通过调整旋钮将欧姆龙PLC的CPU模块单元号（地址）设置为0，通讯模块SCU41单元号（地址）设置为1，连接MD380TX1和SCU41时，注意电缆的屏蔽线要接好，否则会有干扰现象产生。

表1 硬件配置

3.2 软件配置

软件配置主要在CX-ONE中的Protocol软件中设置，Protocol用于创建与通过RS-232或RS-422A/485连接至协议宏支持单元（CJ1W-SCU41）的通用外部设备之间进行数据发送或接收的程序。一个协议由一套通信序列组成，Protocol将协议传送至CJ1W-SCU41，通过CJ2M上CPU单元中PMCR指令来指定协议的序列号并执行通信序列。这个通讯序列称之为协议宏，其具体传输过程如图3所示。

协议宏会根据传输过程的结果来发送/接受报文、分支处理或结束。本文中从变频器读取过程值的协议宏会发送报文到变频器，然后在从变频器获取一条接受报文。具体操作为：在Protocol中右键项目工作区的“Protocol List”创建一个新的协议宏，然后在协议列表中规定协议所用序列号，本例设为2。在步列表的“Send Message”和“Receive Message”中设定变频器的地址，本例中，电机频率给定值设为D300电机,电流反馈值为D306,电机电压反馈值为D308，电机频率反馈值为D310，电机功率反馈值为D312。

在CX-ONE的Programmer软件中调用PMCR指令，该指令主要用于执行一个在SCU41模块中注册的协议宏。结合本例中实际情况，编写如图4的梯形图。

经过以上设置和程序编写，基于Modbus总线通讯的变频器控制方法即完成。