MOdbUS協議是應用于各種智能電子控制器上的一種通信規約。它已經成為一種主流的工業標準(中國國家工業自動化標準GB／Z l9582．X一2004)。通過此協議，控制器相互之間、控制器和其他設備之間可以通信，這為不同廠商生產的遵守MOdbus協議的控制設備組成工業網絡，進行集中控制提供了可能。傳統的變頻器控制方式主要有兩種：一是通過變頻器的操作面板控制，二是通過變頻器的控制端子控制。第一種方式是通過操作面板設定運行頻率以及加減速時間等參數， 再通過操作面板上的按鍵實現電機的啟停控制。第二種是預先在變頻器控制端子的輸入口邏輯組合多種運行頻率或通過模擬量輸入端輸入0～l 0 V或4—20mA的信號改變給定頻率，再通過控制端子啟／停電機。傳統的變頻器參數監測主要是通過指針式儀器儀表進行各項運行參數的讀取。
在上述的控制方式中，控制系統和變頻器之間信息的交互非常有限，多個參數的讀取依賴多個指針式儀表使系統的體積龐大，線路連接復雜，模擬量輸入信號又存在易受干擾和傳輸距離短的問題。本文介紹一種基于現場總線技術的變頻器實時監控系統，這既解決了傳統監控方式存在的問題， 同時也滿足了網絡化的要求。
2 M0dbus協議
2．1協議原理
ModbUS協議是一個主從協議。同一時間，只能將一個主站和最多247個從站連接到總線。Modbus通信總是由主站發起，當從站沒有收到來自主站的請求時，不會發送數據。主站同時只能啟動一個Modbus事務處理，從站之間不能相互通信。主站用兩種模式向從站發出Modbus請求：單播模式和廣播模式。單播模式即主站尋址單個從站， 從站接收并處理完請求之后， 向主站返回一個應答。廣播模式即主站可以向所有的從站發送請求， 從站對于主站廣播的請求沒有應答返回。廣播請求必須是寫命令， 所有設備必須接收寫命令的廣播。地址0被保留用來識別廣播通信。 字串2
標準的Modbus協議使用RS-232C兼容串行接口，它定義了連接口的針腳、電纜、信號位、傳輸波特率、奇偶校驗。Modbus系統也可以使用不同的物理接口，例如，RS-485和RS-232。
2．2傳輸模式與Modbus消息幀
標準的Modbus網絡中，Modbus消息數據分為兩種傳輸模式：ASCII和RTU。兩種傳輸模式中，發送設備把Modbus消息轉換為有起點和終點的數據幀，接收設備在消息的起點開始工作， 并且能將通信錯誤能設置為返回結果。
ASCII消息幀，使用ASCII模式，消息以冒號(：)字符(ASCII碼3AH)開始，以回車換行符(ASCII碼0DH，0 A H)結束。其它代碼可以使用的傳輸字符是十六進制的0... 9，A... F。一個典型的ASCII消息幀如下所示。
RTU 消息幀，使用RTU模式，消息發送至少要以3．5個字符時間的停頓間隔開始。傳輸的第一個代碼是設備地址。可以使用的傳輸字符是十六進制的0...9，A... F。一個典型的ASCII消息幀如下所示。
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3 系統設計
3．1硬件連接
根據系統通過通信方式實時控制變頻器動作和實時監測變頻器運行參數的要求，系統采用人機界面+PLC+變頻器的組合方式。人機界面采用臺達DOP-A系列觸摸屏，核心控制部分為施耐德電氣Twido PL C(16點及以上)，執行機構為艾默生EV2000通用型變頻器。
在設備連接方面，Twido PLC需要2個通信接口。它本身帶有1個RS-485接Ei(COM1)，再擴展一個RS-485接EI(COM2)EP可。Twido PLC利用COM1口和DOP—A進行通信，DOP-A作Modbus主站，Twido PLC作從站，實現變頻器運行參數的實時監測；利用COM2口和EV2000進行通信，Twido PLC作Modbus主站，EV2000作從站，實現對變頻器動作的實時控制， 如圖1所示。
DOP—A系列觸摸屏自帶1個USB口(用于編程)、2個串行口(C0Ml、COM2)。C0M1為RS-232，COM2為RS-232／485。它作為系統的人機界面，監控系統的運行狀態并讀取P L C 采集的變頻器運行參數并顯示在監控界面上，HMI—PLC端口接線如圖2所示。 字串5 
EV2000自帶有RS-485接口，用于實現與PLC的通信連接。RS一485通信距離遠、配線簡單、抗干擾能力強，對變頻器的所有控制都通過RS一48 5通信鏈路完成，達到了經濟高效的目的。
3．2變頻器、PLC、觸摸屏串口通信參數設置
PLC分別通過兩個接口與變頻器和觸摸屏連接，整個系統采用Modbus RTU的傳輸模式。EV2000變頻器通信參數設置要點：
(1)各通信參數要與Twido PLC COM2口一致；
(2)變頻器要有自己唯一的地址；
(3)變頻器的通信跳線開關CN14設置在RS一485方向；
(4)變頻器延時應答設為(FF．03)30—50ms。
DOP—A觸摸屏通信參數的設置要與Twido PLC C OM 1口一致。具體的參數需要通過編程軟件SCreenEditor設置，下載至觸摸屏后生效。DOP—A和Twido PLC均支持Modbus協議，所以可以通過Modbus連接。在P L C 的通信程序中應編寫一條賦值語句(例如：％MW2999：=0)為DOP—A觸摸屏的系統控制區和系統狀態區開辟內存空間，否則將無法通信。Twid0 P L C中的內部位％M0對應DOP—A中的B1，內部字％MW0對應W40001。
Twido PLC COM1口和COM2口之間可以配置相同的波特率、數據位、校驗方式等參數，但是各自應配置不同且唯一的地址。
3．3監控界面開發
整個系統的監控畫面分為監測界面、操作界面和故障代碼查詢界面。監測界面如圖3所示，完成對變頻器運行狀態和運行參數的監測。
操作界面如圖4所示，主要完成變頻器啟動，停止，加減速運行、故障復位和運行頻率的設定， 同時連接故障代碼查詢界面， 以備操作人員查詢使用。
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故障代碼查詢界面如圖5所示，主要提供變頻器常見故障代碼索引。
4 PLC通信程序開發
4．1 Modbus功能碼的選取
Twido PLC和EV2000都支持Modbus協議，但是在具體細節上存在差異。因此取雙方都支持的功能碼進行程序的編寫。
EV2000支持的Modbus功能碼
4．2 COMM通信宏與Grafect步進編程方法
Twido PLC的COMM通信宏指令是用一條宏指令代表一組列表語言指令來實現復雜的功能。P L C通過通信方式控制變頻器，需要編寫大量的功能性程序塊。采用一般的MOdbUS通信字表的形式編寫，程序冗長不易閱讀。使用COMM 通信宏指令，編程時不需要編寫通信交
換用的字表，使用一條宏指令即可(例如：C—WRNW 0 2)。功能碼0xl0(改寫多個內部字)的Modbus通信字表
例如，啟動5#變頻器正轉，轉速設定30．00Hz(內部表示為3000)：功能碼Oxl 0的Modbus通信字表與COMM 宏指令對比。
為了方便程序的調試，編程時采用Twido PLC的G r a f e c t步進編程語言。該語言是將控制分成了多個“步”和“步”與“步”之間的轉換條件的一種語言。把每一“步” 是看作是控制系統的工作狀態，對于整個系統而言， 工作狀態分為穩態和瞬態。穩態即系統可以穩定存在的狀態， 瞬態即系統從一個穩態向另一個穩態轉換時的過渡狀態，瞬態可以是一個空白狀態。變頻器的運行是一個穩態，該狀態下系統完成對運行參數的讀取， 同時掃描是否有使系統向其他穩態轉換的輸入信號。變頻器的啟動是一個瞬態，它是變頻器由待機向運行轉換時的過渡狀態。因此，編程時將瞬態(功能性
程序塊)單獨編寫在一個“步” 里面， 將穩態下要完成的工作編寫在另一個“步” 里面。G rafect步進語言的使用簡化了系統的邏輯設計，方便了程序的調試，為系統功能的擴展奠定基礎。一旦有需要即可按模塊化的方法開發新功能，參見圖6。
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4．3 PLC與變頻器Modbus通信程序
EV2000變頻器的運行控制字(內部地址：0x3200)和運行狀態字l、2(內部地址：0x3300，0x33lF)的具體含義如表1所示：
下面是Twido PLC 與EV2000的部分通信程序 
5 結束語
本文介紹了一種集變頻器實時控制和運行參數實時監測于一體的變頻器通信控制技術。當P L C與多臺變頻器組網時，可對M0dbus總線進行分時復用，以避免通信沖突。系統采用的PLC與變頻器來自不同廠商，因此也對來自不同廠商的智能設備進行通信組網有一定借鑒意義。系統采用通信控制方式，線路維護簡單。
：鞏經理
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