基于Modbus總線的變頻器控制方法

沈盛陽，謝一偉，曹祖鳴

（揚力集團股份有限公司，江蘇 揚州 225000）

壓力機廣泛應用于切斷、沖孔、落料、彎曲和成形等工藝，其機械原理是由電機經過傳動機構帶動工作機構，對工件施加工藝力。其中，電機的控制尤為重要。最初，為使電機的啟動電流不對電網電壓產生過大沖擊，一般采用星三角降壓啟動。隨著工業自動化的不斷提高，客戶對于壓力機的能耗、調速等需求也水漲船高，而變頻器在這些方面有著得天獨厚的優勢，因此得到了廣泛的應用。

本文以歐姆龍CJ2M可編程控制器和匯川MD290變頻器組成的控制系統為例，研究可編程控制器與變頻器之間的Modbus通訊的具體實現方法，為壓力機的調速、電機參數監控提供一種技術參考。

1 Modbus總線

Modbus總線是一種串行通訊協議，最大允許240個設備連接在一個網絡上，大多數支持Modbus總線的設備都通過RS-485接口進行傳輸。RS-485接口為半雙工的工作機制，即任何時候只能有一點處于發送狀態，因此發送電路須由使能信號加以控制。發送端為平衡發送，將信號調制成為對稱的信號用雙線發送，兩線間的電壓差+（2-6）V為邏輯“1”，兩線間的電壓差-（2-6）V為邏輯“0”。接受端為差分接受，接受兩個信號，這兩個信號振幅相等，相位相反（區別于傳統的一根信號線，一根地線的做法）。Modbus總線的最大傳輸距離約為1219m，最大傳輸速率為10Mbps，傳輸距離與傳輸速率成反比，即傳輸距離越遠，傳輸速率越慢。如果高頻信號的波長相對于傳輸距離較短，會在終端形成反射波，干擾原有信號。為了避免信號的反射和回波，需要在總線的兩端增加終端電阻。圖1為Modbus總線接頭針腳的定義。

在多機連線時，每臺從站均需要分配一個地址，主站與從站之間進行串行通信時，通常是主站先呼叫其中的一臺從站與其進行數據交互，未被呼叫的從站則繼續自己的工作。

2 變頻器

匯川MD290系列通用變頻器主要用于控制和調節異步電機的速度，具備可編程功能及后臺軟件監控，通訊總線功能，組合功能豐富強大，具有性能穩定的特點，直接輸入的直流母線端子和風扇直流供電使得標準產品可以兼容共直流母線運行方式，而且針對沖壓行業重載的應用場合特別做了優化，使復雜的應用調試和運行都很輕松，安全可靠。

匯川MD290系列通用變頻器提供RS485接口，并支持Modbus-RTU從站通訊協議，可以通過可編程控制器集中控制，通過該通訊協議設定變頻器運行命令，修改或讀取功能碼參數，從而讀取變頻器的工作狀態及故障信息等。其通訊數據格式如圖2所示，變頻器只支持Word型參數的讀或寫，對應的通訊讀操作命令為0X03，寫操作命令為0X06，不支持字節或位的讀寫操作。

3 通訊配置

3.1 硬件配置

本文以歐姆龍PLC CJ2M和匯川MD290系列變頻器為例進行配置，具體型號如表1所示,MD290通訊結構如圖2所示。

將變頻器上電之后，通過自帶的操作面板設置相關參數，其中FD-00(通訊波特率)設置為5005，FD-01(數據格式)設置為 0，FD-02(本機地址)設置為2，FD-05(通訊數據格式)設置為30。通過以上的設置，變頻器的通訊參數基本設置完畢。

通過調整旋鈕將歐姆龍PLC的CPU模塊單元號（地址）設置為0，通訊模塊SCU41單元號（地址）設置為1，連接MD380TX1和SCU41時，注意電纜的屏蔽線要接好，否則會有干擾現象產生。

表1 硬件配置

3.2 軟件配置

軟件配置主要在CX-ONE中的Protocol軟件中設置，Protocol用于創建與通過RS-232或RS-422A/485連接至協議宏支持單元（CJ1W-SCU41）的通用外部設備之間進行數據發送或接收的程序。一個協議由一套通信序列組成，Protocol將協議傳送至CJ1W-SCU41，通過CJ2M上CPU單元中PMCR指令來指定協議的序列號并執行通信序列。這個通訊序列稱之為協議宏，其具體傳輸過程如圖3所示。

協議宏會根據傳輸過程的結果來發送/接受報文、分支處理或結束。本文中從變頻器讀取過程值的協議宏會發送報文到變頻器，然后在從變頻器獲取一條接受報文。具體操作為：在Protocol中右鍵項目工作區的“Protocol List”創建一個新的協議宏，然后在協議列表中規定協議所用序列號，本例設為2。在步列表的“Send Message”和“Receive Message”中設定變頻器的地址，本例中，電機頻率給定值設為D300電機,電流反饋值為D306,電機電壓反饋值為D308，電機頻率反饋值為D310，電機功率反饋值為D312。

在CX-ONE的Programmer軟件中調用PMCR指令，該指令主要用于執行一個在SCU41模塊中注冊的協議宏。結合本例中實際情況，編寫如圖4的梯形圖。

經過以上設置和程序編寫，基于Modbus總線通訊的變頻器控制方法即完成。

4 結論

本文所述基于Modbus總線通訊的變頻器控制方法已廣泛應用在公司閉式壓力機電氣控制系統中。通過此方法可以讓客戶非常方便地控制電機運行，也讓客戶更加直觀地了解電機的實時運行狀態，對設備的維護提供了幫助，提高了設備的生產效率。