变频器的Modbus通讯控制(一)

下面我们以英威腾GD200A系列变频器为例给大家介绍如何通过Modbus协议进行通讯控制,在此之前简单给大家做一些前提工作。

Mdobus协议内容

变频器接线

变频器参数设置

Modbus通讯数据格式

变频器通讯地址


Modbust协议

关于Modbus通讯协议这块我们参考英威腾变频器的说明手册进行简单理解

简单来说就是在Modbus通讯中变频器作为从站,我们的PLC或者其他控制器作为主站进行通讯,发送的数据格式这里使用RTU或者ASCII来完成传输,因为在大多数的中低端型号的变频器中Modbus是支持最广泛的一种通讯。


Modbust接线

关于它的接线很简单使用两根线缆即可完成通信,采用RS485接口实现通讯,接口类型形式有许多,比如普通端子类型、RJ45网口、RJ11电话接口等类型。RS485接口工作于半双工,数据信号采用差分传输方式,使用一对双绞线来完成。端子定义名称通常也不统一的。例如A(+)、B(-),有SG+、SG-,DX+、DX-,SDA(RDA)、SDB(RDB)等等,只要正的与485+连接,负的与485-连接即可,可通过变频器手册来进行定义查询。英威腾变频器的RS485接口的端子定义就是485+和485-,我们只需要把控制器的对应的通信线接入即可。

变频器参数设置

变频器的最主要的控制就是频率命令与运行命令的设定,简单来讲就是调速与开关的控制,这个参数通常位于基本参数组,这里我们只设置常用的一些参数。通讯参数一般需要设置站号、波特率(传输速度)、数据位校验设置、通讯超时等。


后面的内容我们依次使用PC上的串口通信助手、三菱FX3G系列PLC、西门子200smart系列的PLC以及HMI触摸屏来演示对英威腾变频器的控制。

变频器参数设置如下:

运行指令通道选择2通讯运行指令通道

频率指令选择8MODBUS通讯设定

设定源组合方式选择0A,当前频率设定A频率指令

本机通讯地址设定站号1

通讯波特率设置为3(9600)

数据位校验设置为3无校验(N,8,2)forRTU或者15无校验(N,8,2)forASCII

其中波特率与数据校验可随意设置,需要与控制器设置一致即可。

Modbus数据格式

RTU帧的标准结构

帧头START

T1-T2-T3-T4(3.5个字节的传输时间)

从机地址域ADDR

通讯地址:0~247(十进制)

功能域CMD

03H:读从机参数

06H:写从机参数

数据域

DATA(N-1)

DATA(0)

2*N个字节的数据,该部分为通讯的主要内容,也是通讯中,数据

交换的核心

CRCCHK低位

检测值:CRC校验值(16BIT)

CRCCHK高位

帧尾END

T1-T2-T3-T4(3.5个字节的传输时间)

从机地址就是变频器的站号,功能码这里介绍两个06H(写)03H(读),数据就是要写入的数据或者读取数据的个数,例如设置变频器频率50.00Hz,发送的数据就是1388(16进制数据,按照高低8位),如果要读取变频器的频率,发送的数据就是0001(读取2个字节的数据)。校验码指的是整个数据校验,RTU格式使用CRC校验,ASCII格式使用LRC校验,这个校验码可通过串口助手计算或者编程完成。其计算原理我们在后续的PLC程序进行讲解。


ASCII帧的标准结构

帧头

起始字符‘:’(0x3A)

从机地址地址高位

通讯地址:

8-bit地址由2个ASCII码组合

从机地址地址低位

功能码高位

功能码:

8-bit地址由2个ASCII码组合

功能码低位

数据域

DATA(N-1)

DATA(0)

数据内容:

nx8-bit数据内容由2n个ASCII码组合

n=16,最大32个ASCII码

LRCCHK高位

LRC检查码:

8-bit检验码由2个ASCII码组合

LRCCHK低位

帧尾高位

结束符:

Hi=CR(0x0D),ENDLo=LF(0x0A)

帧尾低位

在ASCII数据中每个16进制都需要进行对应字符的ASCII码的转换如下表:

字符

“0”

“1”

“2”

“3”

“4”

“5”

“6”

“7”

ASCII码

30H

31H

32H

33H

34H

35H

36H

37H

字符

“8”

“9”

“A”

“B”

“C”

“D”

“E”

“F”

ASCII码

38H

39H

41H

42H

43H

44H

45H

46H

这其中RTU和ASCII的编码系统与数据格式在这里不做详细说明,对于我们来讲也不太需要,我们只要了解与变频器通讯需要发送那些数据,工程数据与通讯数据是如何转换的即可,下面我们分别以RTU与ASCII为例说明通讯的数据发送过程。

将5000(十进制)数据写入到站号为2地址0004(16进制)的变频器当中,首先我们需要把5000的十进制数据转换为16进制的1388H(数字后跟一个“H”或者前缀“0x”表示16进制数字),因为数据都是8位发送的,所以有1388H拆分为高为13H与低位88H依次发送。那么按照RTU的标准格式:

RTU发送

站号

02H

功能码(发送)

06H

变频器数据地址高位

00H

变频器数据地址低位

04H

发送数据的高位

13H

发送数据的低位

88H

校验码CRC低位

C5H

校验码CRC高位

6EH

这里我们需要注意CRC校验码的顺序是先低位后高位,在计算CRC的结果后需要进行高低位转换。

ASCII发送

字符→ASCII

STX起始符

3AH

站号

“0”→30H

“2”→32H

数据地址高位

“0”→30H

“0”→30H

数据地址低位

“0”→30H

“4”→34H

发送数据高位

“1”→31H

“3”→31H

发送数据低位

“8”→31H

“8”→31H

校验码LRC低位

“5”→35H

校验码LRC高位

“9”→39H

结束符高位

0DH

结束符低位

0AH

变频器通讯地址

所谓的通讯地址就是要知道通讯数据的地址定义,用于控制变频器的运行、获取变频器状态信息及变频器相关功能参数设定等,这里我们介绍常用的几个地址。


控制功能

地址定义

数据说明

读写特性

正转命令

2000H

0001H

W/R

反转命令

2000H

0002H

W/R

停止命令

2000H

0001H

W/R

频率设定

2001H

0~Fmax(位:0.01Hz)

变频器状态

2100H

0001H:正转运行

0001H:反转运行

0001H:停机

0001H:故障

R

运行频率

3000H

设定范围:0.00Hz~

R

输出电压

3003H

设定范围:0~1200V

R

输出电流

3004H

设定范围:0.0~5000.0A

R

R/W特性表示该功能是读/写特性,R代表可进行读取操作,W代表可进行写入操作,W/R表示可读取和写入操作。

以上几部分就是做Modbus通讯的前提内容,后面的内容我们将通过PC上的串口通讯、PLC以及触摸屏依次演示与英威腾变频器的通讯控制。

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