PowerFlex525的Modbus网络通信优化方案

时间：2023-06-28 理论教育 版权反馈

【摘要】：PowerFlex 525变频器集成的RS-485通信口使其具有多种应用方式。2）控制器通过Modbus协议与变频器进行通信。3）定义Modbus网络中主、从站。Modbus规定，只有主站具有主动权，从站只能被动的响应，包括回答出错信息。表6-7 Modbus功能代码和命令通过Modbus协议，控制器向PowerFlex 525变频器的寄存器中写入逻辑命令及速度给定信息。

PowerFlex 525变频器集成的RS-485通信口使其具有多种应用方式。简单的RS-485通信有以下三种使用方案：

1）PC通过DriveExplorer或DriveExecutive软件对变频器进行控制和监视。

2）控制器通过Modbus协议与变频器进行通信。

3）定义Modbus网络中主、从站。

在控制单元速度控制系统中，选择通过Modbus协议实现控制器与变频器的通信。

1.Modbus协议

RS-485/Modbus是现在流行的一种布网方式，其特点是操作简单方便，凡是具有Modb-us接口的设备，都可以很方便地进行组态。从其功能上看，它可认为是一种现场总线，通过24种总线命令实现控制器与外界的信息交换。

Modbus有两种传送模式，RTU（Remote Terminal Unit）和ASCII码。它把通信参与者规定为主站和从站。主站可向多个从站发送通信请求，最多可达247个从站，每个从站都有自己的地址编号。对于每一种传输方式，Modbus协议都定义了控制器可识别和使用的信息类型，而无须考虑通信网络的拓扑结构。即通过定义传输的数据信息帧格式，描述了控制器如何访问其他设备和其他设备怎样做出响应，并检查和报告错误的过程。

在该速度控制系统中，采用Modbus的RTU模式，控制器与设备之间的通信主要包括主站对从站的读取和写入。主站可单独与从站进行通信，也可以广播方式与所有从站进行通信。Modbus规定，只有主站具有主动权，从站只能被动的响应，包括回答出错信息。主站写入信息的帧格式见表6-5，从站读取信息的帧格式见表6-6。

表6-5 主站写入信息的帧格式

表6-6 从站读取信息的帧格式

Modbus的RTU模式规定，采用CRC（循环冗余校验）方法对整个信息帧的内容进行错误检测，传输信息的最后两个字节用于传递该循环冗余校验数据。其校验方式是将整个传输数据（不包括最后两个字节）的所有字节按规定的方式进行位移并进行XOR（异或）计算，其结果作为检验码。接收端在收到数据时按同样的方式进行计算，并将结果与收到的CRC校验码进行比较，如果一致则认为通信正确，如果不一致，则认为通信有误，从站将发送CRC错误响应。

Modbus通信包括24种功能命令，每一种功能命令都有相应的功能代码。其中模拟量信息存放在寄存器（Holding Register）中，数字量信息存放在线圈（Holding Coils）中。

2.PowerFlex 525变频器的Modbus功能代码

PowerFlex 525变频器的外设接口（DSI）支持部分Modbus功能代码，见表6-7。

表6-7 Modbus功能代码和命令

通过Modbus协议，控制器向PowerFlex 525变频器的寄存器中写入逻辑命令及速度给定信息。下面强调几点要注意的地方：

1）寄存器地址偏移量为1，例如：逻辑命令的寄存器地址是8192，而实际操作中就要设置为8193。

2）通过Modbus网络控制变频器，因此PowerFlex 525的参数P046[Start Source1]（启动源）和P047[Speed Reference1]（速度参考）应设为3——[Serial/DSI]（串口或外设接口）。

3）控制器可通过发送功能代码06，将控制信息写入地址为8193（逻辑命令字）和8194（速度给定值）的寄存器中，以控制变频器的运行。也可通过发送功能代码03，读取地址为8449（逻辑状态字）和8452（速度反馈值）的寄存器中的信息。

读写变频器其他参数时，寄存器地址就是相应的参数号码，但是注意要偏移1位。

3.Modbus网络的硬件连接

本系统使用Micro850控制器，在RS-485网络上通过Modbus RTU模式监视并控制Pow-erFlex 525变频器。

4.PowerFlex 525变频器参数设置

通过变频器控制面板设置参数，控制面板相关参数设置见表6-8。

表6-8 变频器相关参数设置

5.Micro850控制器组态

设置好变频器的参数后，即可对控制器进行编程，且在程序中不需要组态变频器，直接通过MSG MODBUS指令即可控制变频器。

1）将嵌入式串口通信模块插到控制器的1槽上，把该模块组态成Modbus网络协议（则该模块的通道号为5号，详见Modbus指令），通信驱动类型（Driver）设置为Modbus RTU Master。打开Micro850控制器的组态界面，选择对1槽上的串口通信模块进行组态，设置以下参数：(www.daowen.com)

●Driver（通信驱动类型）：Modbus RTU；

●Baud Rate（通信波特率）：19200；

●Party（奇偶校验位）：NONE；

●Unit Address（控制器节点地址）：1；

●Modbus Role（在Modbus中的角色）：Modbus RTU Master。

2）单击“Advanced Settings”按钮，展开通信模块的高级设置，设置如下参数：Media（协议类型）：RS-485；Stop Bites（数据格式停止位）：1。

6.Micro850控制器与PowerFlex 525变频器的通信程序

1）创建MSG Modbus功能块，并分别创建功能块上所需要的变量，如图6-7所示。

2）编写读取变频器逻辑状态字的程序，如图6-8所示。

图6-7 建立MSG功能块和它所对应的变量

梯级中的MSG MODBUS 1指令用于读取变频器的逻辑状态字，start指令用于启动指令，当start指令由假变真一次，控制器就会读一次变频器的逻辑状态字。

MSG MODBUS 1功能块指令的相关参数设置如图6-9所示，参数说明见表6-9。

图6-8 读取变频器逻辑状态程序

图6-9 读取变频器逻辑状态的MSG指令参数设置

表6-9 读取变频器逻辑状态MSG指令参数说明

从Modbus地址8449～8452中读取的数据分别放到D1 laddr[1]～D1 laddr[4]中，其中8449中存放的是变频器逻辑状态字，8450中是变频器错误代码，8451中是变频器速度参考值，8452中是变频器速度反馈值。值得注意的是，这里的Modbus地址都是经过偏移一位以后的地址。

3）编写控制变频器逻辑命令字的程序与读取逻辑状态字类似，只是MSG文件不同，且MSG MODBUS指令的相关参数设置也有所不同，Modbus命令选择为“6”，存放数据的地址为“D2 laddr[1]”，将该地址文件中的数据写入到变频器寄存器中，而Modbus数据地址（变频器数据寄存器地址）为“8193”，D2 laddr设为18，命令电动机起动并正转，如图6-10所示。

程序编写完成后，将变频器运行位设为1时变频器起动，且读取的状态反馈字中的运行位为1表示变频器为运行状态。

4）编写设定速度给定值的程序与编写逻辑命令字类似，只是MSG文件不同，且MSG MODBUS指令的相关参数设置也有所不同，Modbus命令选择为“6”，存放数据的地址为“D3 laddr[1]”，将该地址文件中的数据写入到变频器寄存器中，而Modbus数据地址（变频器数据寄存器地址）为“8194”，如图6-11所示。