PLC在变频器网络控制中的通信程序设计

引言

随着PLC技术的不断发展，越来越显示其强大的核心控制功能，PLC和其他设备之间的连接已经从比较烦琐的传统I/O方式向越来越受欢迎的简洁先进的通信方式过渡，不仅为设计者节省了大量的硬件成本，更能为远程控制，组网提供了可能，使控制系统更加无缝地融为一体。

本文主要通过艾默生PLC和多台变频器组网通信（以MODBUS协议方式）为例，说明PLC和多台变频器网络控制的通信程序的设计方法。

一、 MODBUS协议简要介绍

Modbus协议由美国著名的MODICON公司提出，通过此协议，控制器相互之间、控制器经由网络（例如以太网）和其它设备之间可以通信，不同厂商生产的控制设备可以连成工业网络，进行集中监控，它已经成为一通用工业标准。控制器通信使用主—从技术，即仅一设备（主设备）能初始化传输（查询）。其它设备（从设备）根据主设备查询提供的数据作出相应反应。典型的主设备：IPC，HMI，PLC等；典型的从设备：各种仪表，PLC，变频器等。主设备可单独和从设备通信，也能以广播方式和所有从设备通信。如果单独通信，从设备返回一消息作为回应，如果是以广播方式查询的，则不作任何回应。Modbus协议建立了主设备查询和从设备回应的格式：设备（或广播）地址、功能代码、所有要发送的数据、错误检测域。Modbus协议同时支持RTU模式和ASCII模式，RTU模式对应的帧格式如下：（ASCII模式介绍省略）

更详细的说明请查阅MODBUS协议的有关资料（或登陆网站 www.modbus.org）。

二、 艾默生PLC集成的MODBUS协议功能

艾默生EC20系列PLC的通信口COM 1集成了MODBUS主站协议， 在编程时先在编程软件的系统块里进行设置具体如下：系统块—》“通信口”菜单—》“通信口1参数设置”菜单—》 选“MODBUS协议”—》 进行“MODBUS设置”—》 进行通信参数和（主模式）站号等设置即可。

然后利用MODBUS指令进行编程-----------MODBUS （S1） （S2）（S3）各参数含义如下：

S1 指定的通讯通道;

S2 发送数据起始地址;

S3 接收数据起始地址;

MODBUS指令发送过程中，自动加上所需的起始字符，结束字符和校验和；发送的数据，不需设定发送的数据长度，系统会根据功能码自动按系统内部设定长度进行发送。

2个重要的通信标志：SM135-- MODBUS的通讯成功标志位，通讯成功时置位，不会自动复位，所以在发送数据的时候要进行一次复位；SM136—MODBUS的通信错误标志位，通信错误（包括从设备没有回应）时置位，不会自动复位，所以在接收数据的时候要进行一次复位；

三、 艾默生变频器通信协议

艾默生公司生产的EV系列变频器都集成MODBUS协议，且提供RS232C和RS485通信口供用户选择，所以通过PLC和变频器通信的方式完成控制比较简单经济，而且显得系统比较高档，下面简单介绍其协议：

1. 支持MODBUS RTU和ASCII格式；

2. 参数的MODBUS协议地址影射规则：变频器的功能码参数、控制参数和状态参数都映射为Modbus的读写寄存器。变频器功能码的组号映射为寄存器地址的高字节，组内索引映射为寄存器地址的低字节。变频器的控制参数和状态参数均虚拟为变频器功能码组。功能码组号与其映射的寄存器地址高字节的对应关系如下：F0组：0x00；F1组：0x01；F2组：0x02；F3组：0x03；F4组：0x04；F5组：0x05；F6组：0x06；F7组：0x07；F8组：0x08；F9组：0x09；FA组：0x0A；Fb组：0x0B；FC组：0x0C；Fd组：0x0D；FE组：0x0E；FF组：0x0F；FH组：0x10；FL组：0x11；Fn组：0x12；FP组：0x13；FU组：0x14；变频器控制参数组：0x32；变频器状态参数组：0x33。例如变频器功能码参数F3.02的寄存器地址为0x302，变频器功能码参数FF.01的寄存器地址为0xF01。

3. 支持的功能码如下：

4. 具体的协议介绍请参考艾默生变频器用户手册；

四、 程序流程图

主设备对从设备的消息查询命令主要分为2大类，连续命令序列和随机命令序列。

连续命令序列： 主设备需要定时或连续向从设备发送的命令序列。特点是周期性，连续性。如PLC对变频器读取运行频率命令，运行状态命令等。

随机命令序列： 主设备不定时或随机向从设备发送的命令序列。特点是不定时性，随机性。如PLC对变频器的启停控制，改写频率或其他参数等。

五、程序清单：（ 子程序和主程序 ）

本程序主要介绍1台EC20PLC（作为主站）按照MODBUS协议网络对3台变频器（从站号分别是2，3，4）进行通信控制的简单范例，本例中：

连续命令序列 包括对2，3，4号变频器的运行频率的读取；

随机命令序列 包括对2，3，4号变频器进行启动，停止，更改频率的命令操作;

1） “变频器正转”子程序清单如下：

//主程序中用M1993作为各发送辅助使能，主要用于 MODBUS指令的上升沿触发无其他用

LD LM0 //位输入参数型—发送辅助使能

RST SM135 //复位成功标志

RST SM136 //复位失败标志

LD SM0 //运行标志

MOV Z0 V9 //保存Z0值到V9

LD SM0 //运行标志

MOV V0 V10 //从机地址

MOV 16#6 V11 //功能码

MOV 16#32 V12 //寄存器地址高字节

MOV 16#0 V13 //寄存器地址低字节

MOV 1 V14 //写入数据高字节

MOV 16#C7 V15 //写入数据低字节

//以下把发送数据转移到D7940-D7945里

LD SM0

MOV 0 Z0

LD SM0

FOR 6

LD SM0

MOV V10Z0 D7940Z0

LD SM0

INC Z0

NEXT

//发送接收数据，数据放在D7970开始区域

LD LM0

MODBUS 1 D7940 D7970

RST LM0 //马上复位发送辅助使能

//无论成功失败都还原Z0值

//当然这里省略了错误报告的处理

LD SM135

OR SM136

EU //上升沿

MOV V9 Z0

2） “停机”子程序（省略）

3） “设定频率”子程序（省略）

4） “读取运行频率”子程序（省略）

5） 主程序清单：

//******以下为通信逻辑处理部分******

LD SM1 //运行第一周期脉冲

//***这里省略了检查从机准备好否的环节***

//***程序里设计了3个连续命令序列***

RST M6 //复位连续命令序列1使能标志

RST M7 //复位连续命令序列2使能标志

RST M8 //复位连续命令序列3使能标志

ED //下降沿

//置位连续命令序列1使能标志，以开始第1条连续命令执行

SET M6

//***程序里设计了共9个随机命令序列***

//只要有至少1个随机命令， // M1000=ON，表示有随机命令等待，这样在连续命令切换时优先执行随机命令系列。

LD M0 //随机命令序列1使能标志

OR M1 //随机命令序列2使能标志

OR M2 //随机命令序列3使能标志

OR M3 //随机命令序列4使能标志

OR M4 //随机命令序列5使能标志

OR M5 //随机命令序列6使能标志

OR M9 //随机命令序列7使能标志

OR M10 //随机命令序列8使能标志

OR M11 //随机命令序列9使能标志

SET M1000

//所有随机命令都处理完成后， M1000=OFF，表示随机命令完成，则连续命令可以正常切换。

LDI M0

ANI M1

ANI M2

ANI M3

ANI M4

ANI M5

ANI M9

ANI M10

ANI M11

RST M1000

//任何1个连续命令未完成时，M1001=ON，标志连续命令在进行，如果有随机命令必须等待。

LD M6

OR M7

OR M8

SET M1001

//连续命令处于切换状态时，M1001=OFF，标志连续命令完成，如果有随机命令可以进行。

LDI M6

ANI M7

ANI M8

RST M1001

//每1个连续命令完成且无随机命令等待时，启动延时T0 100MS，以便切换下1个连续命令执行

LD M100 //连续命令1完成标志

OR M101 //连续命令2完成标志

OR M102 //连续命令3完成标志

ANI M1000

TON T0 1 //启动延时T0 100MS

//******************************************

//**********以下为3个连续命令序列**********

//调用“读取运行频率”子程序-2#站，频率存在D1000里；

//通信成功或失败都复位连续命令序列1使能标志M6，同时置位完成标志M100，以便进行切换。当然这里省略了失败的处理子程序；

//延时T0时间后，执行连续命令2序列，置位连续命令2序列使能标志M7；

LD M6 //连续命令序列1使能

MPS

EU

SET M1993 //发送前置位发送辅助标志

MRD

CALL 读取运行频率 2 M1993 D1000

//参数注释：站地址，发送辅助位，频率存放地址

MPP

LD SM135

OR SM136

ANB

RST M6

SET M100

LD T0

AND M100

EU

RST M100 //复位连续命令1完成标志

SET M7

//调用“读取运行频率”子程序-3#站，频率存在D1001里；

//通信成功或失败都复位连续命令序列2使能标志M7，同时置位完成标志M101，以便进行切换。当然这里省略了失败的处理子程序；

//延时T0时间后，执行连续命令3序列，置位连续命令3序列使能标志M8；

LD M7 //连续命令2序列使能

MPS

EU

SET M1993 //发送前置位发送辅助标志

MRD

CALL 读取运行频率 3 M1993 D1001

//参数注释：站地址，发送辅助位，频率存放地址

MPP

LD SM135

OR SM136

ANB

RST M7 //复位使能标志

SET M101 //置位完成标志

LD T0

AND M101

EU

RST M101 //复位连续命令2完成标志

SET M8 //置位连续命令3使能标志

//调用“读取运行频率”子程序-4#站，频率存在D1002里

//通信成功或失败都复位连续命令序列3使能标志M8，同时置位完成标志M102，以便进行切换。当然这里省略了失败的处理子程序；

//延时T0时间后，重新执行连续命令1序列，置位连续命令1序列使能标志M6；

LD M8 //连续命令3序列使能

MPS

EU

SET M1993

MRD

CALL 读取运行频率 4 M1993 D1002

//参数注释：站地址，发送辅助位，频率存放地址

MPP

LD SM135

OR SM136

ANB

RST M8

SET M102

LD T0

AND M102

EU

RST M102

SET M6

//******************************************

//**********以下是9个随机命令序列***********

//9个随机命令思路都一样；

//随机命令使能标志置位后，若连续命令处于切换状态，则可进入发送状态，否则只有等待；

//发送时先置位发送辅助位M1993，调用子程序进行发送和接收；

//无论通信成功或失败都复位各自的随机命令使能标志，当然这里仍然省略了通信错误处理程序；

//如果所有的随机命令都完成，则随机命令等待标志M1000=OFF；

//调用“频率设定”子程序-2#站

LD M9 //随机命令序列7使能标志

ANI M1001 //判断连续命令处于切换状态时

MPS

EU

SET M1993 //置位发送辅助位

MRD

CALL 运频设定 2 D1100 M1993

//参数注释：站地址，设定频率，发送辅助位

MPP

LD SM135

OR SM136

ANB

RST M9 //复位随机命令序列7使能标志

//调用“频率设定”子程序-3#站

LD M10 //随机命令序列8使能标志

ANI M1001 //判断连续命令处于切换状态时；

MPS

EU

SET M1993 //置位发送辅助位

MRD

CALL 运频设定 3 D1101 M1993

//参数注释：站地址，设定频率，发送辅助位

MPP

LD SM135

OR SM136

ANB

RST M10

//调用“频率设定”子程序-4#站

LD M11 /随机命令序列9使能标志

ANI M1001

MPS

EU

SET M1993

MRD

CALL 运频设定 4 D1102 M1993

//参数注释：站地址，设定频率，发送辅助位

MPP

LD SM135

OR SM136

ANB

RST M10

//调用“正转开机”子程序-2#站

LD X11 //开机按扭

EU

SET M0 //随机命令序列1使能标志

LD M0

ANI M1001

MPS

EU

SET M1993

MRD

CALL 正转开机 2 M1993

//参数注释：站地址，发送辅助位

MPP

LD SM135

OR SM136

ANB

RST M0

//调用“正转开机”子程序-3#站

LD X12 //开机按扭

EU

SET M1 //随机命令序列2使能标志

LD M1

ANI M1001

MPS

EU

SET M1993

MRD

CALL 正转开机 3 M1993

//参数注释：站地址，发送辅助位

MPP

LD SM135

OR SM136

ANB

RST M1

//调用“正转开机”子程序-4#站

LD X13 //开机按扭

EU

SET M2 //随机命令序列3使能标志

LD M2

ANI M1001

MPS

EU

SET M1993

MRD

CALL 正转开机 4 M1993

//参数注释：站地址，发送辅助位

MPP

LD SM135

OR SM136

ANB

RST M2

//调用“停机”子程序-2#站

LD X14 //停机按扭

EU

SET M3 //随机命令序列4使能标志

LD M3

ANI M1001

MPS

EU

SET M1993

MRD

CALL 停机 2 M1993

//参数注释：站地址，发送辅助位

MPP

LD SM135

OR SM136

ANB

RST M3

//调用“停机”子程序-3#站

LD X15 //停机按扭

EU

SET M4 //随机命令序列5使能标志

LD M4

ANI M1001

MPS

EU

SET M1993

MRD

CALL 停机 3 M1993

//参数注释：站地址，发送辅助位

MPP

LD SM135

OR SM136

ANB

RST M4

//调用“停机”子程序-4#站

LD X16 //停机按扭

EU

SET M5 //随机命令序列6使能标志

LD M5

ANI M1001

MPS

EU

SET M1993

MRD

CALL 停机 4 M1993

//参数注释：站地址，发送辅助位

MPP

LD SM135

OR SM136

ANB

RST M5

六、 程序说明：

例程设计时实际在连续命令序列切换的间隙停留了100MS的时间，这就是说程序中的连续序列是间歇性的；如果要采用非间歇性的连续序列，把中间的延时部分去掉就可以了。