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控 制 基于MO D B U S协议的F P X P L C-5变频器的通信 刘彦 鹂 ，李 明 1 ． 广东工业 大学， 广东广州 5 1 0 0 9 0 ；2 ． 松下电工 中国有限公 司广州分公 司， 广东广州 5 1 0 0 9 5 F I B U S 、MO D B U S通信协议 的网络在工业领域的应用越来越广泛 。 的过程和方法 ．并给出了实用的程序 。 B U S R T U协议 ；P L C；变频器 ；程序 主要叙述 了基于 MO D B U S R T U协议 的 F P 一 中图分类号 T P 2 7 3 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 9 9 4 9 2 f 2 0 1 0 O 8 一 O O 4 4 0 3 1 日 U罱 随着 P L C技术 和变频器技术的发展 ．使 用 P L C和变频 器 控制单 台 、多 台生产 机械或 生产 线 已得 到 了成功 的应 用 。这类应用大 多数 是利用 变频器频率预设 的容 易性 ．预 先在变频器的操作面板上设定好频率和时段 。再用 P L C编 程来控制变频器 的投 入和退 出 ，灵活性 比较差 。近年来 由 于电子技术 、P L C通 信和 网络技术 的完善和发展 ．改善 和 整合了各种电子控制器的通信模块 ，一 些通信协议 ．例如 P R O F I B U S协议 、MO D B U S协议 等允许将 各种 型号 的 P L C、 变频器 、触摸屏 、温控器等组成一个 工业网络 ，使得 能由 主设备 例如 P L C 通过 网络通信 传递 各种控制信号 ，或 监控从设备的通断 、电压 、电流 、频率 和温度 ，使控制变 得简单 、安全 、更有效率 。 本 文 主 要 介 绍 如 何 用 日本 松 下 P a n a s o n n i c 公 司 的 F P X系列 P L C作 为主站 ，以变频器作 为从站 ，按 M O D ． B U S R T U协议构成工业 网络 。实现 P L C对变频器的控制 。 对 中小规模的工业网络 ，F P x系列 P L C具有体积小 、 指令丰 富 、功能 强大 ，通 信容易的特点 ，它 可以通过通信 插 卡 ⋯．实现 串行 通信 、P C l i n k通信 E 2 ]和 MO D B U S通 信 。 2 F P X系列 P L C的 MO D B U S通 信协议 MO D B U S协 议 是一 种通 用 的 自动 化系 统 网络通 信协 议 。适用于主／ 从控制网络 ，大多数工业 电子控制器都支 持 MO D B U S通信协议 ，可 以构成一个网络 ，便于集 中控制。 1 M0DB US R TU信 息 帧 MO D B U S协 议的数 据传 输有 A S C I I 模 式 和 R T U模 式 两种 ，只能 采用其 中的一种 。F P X P L C仅 支持 R T U 二 进制 模式 。MO D B U S R T U模式 中，设备 将 MO D B U S信 息转变为有起 点和终点 的信息帧 ，如表 1 所示 。 表 1 MO D B U S R T U指令的信息帧 S 1 lA R T AD D I 啦S S F UN C 1 1 ON DA ] 1A C R C C H E C K E N D 3 ．5 字节时间 8 b i t 8 b i t n ． 8 b i t l 6 b it 3 ．5 字节时间 在 M O D B U S R T U协议 中 ，主设备 通过设 置从设备 的 地址来 选通从 设备 。从设 备 的字节 格式 、奇 偶数 、校 验 位 、停止位 、数据传输速率等要与主设备一致。 2 F P X P L C与 MO D B U S协议对应的名称和指令 F P X P L C与 MO D B U S协议对应 的的名称 和指令 如表 2所 示 。 表 2 MO D B U S协议命 令与 F P X P L C的执行指令 MOD B US协议命令 功能代码 F P - x中的名称 F P ． x的执行命令 Rc a dCo l l S t a t us 读取线圈状况 O j 滨取 Y 、R线圈 F R E C V Re nd I n p u t St a t u s 读取输入状 况 0 2 读取 X触 点 F 1 4 6 R E C V Re a d Ho l d i ng Re g i s t e 读取保持 寄存器 0 3 读取 DT F I 4 6 RE C V Re a d I n p u t R i s t e r s 读取输入 寄存器 0 4 读取 wL 、L D F I RE C V F o r c e Si n g l e Coi l 强置单一线 圈 0 5 单点写入 Y、R F I 4 5 S E ND P r e s e t Si n gl e Re g i s t e r s 预置单一 寄存器 0 6 1 字 写入 D T F I 4 5 S E ND F o r c e M u l t i p l e Co i l 强置 多个线圈 I 5 多点写入 Y、R F 1 4 5 S E ND P r e s e t Mu lt i p l e R s te r s 预置多个寄存器 1 6 多字写A DT F 1 4 ， ， S E ND 收稿 日期 2 0 1 0 - 0 7 1 6 ■■I ]_ 工 业 F P X P L C利用 数据 发送 指令 F 1 4 5 S E N D和 数据 接收指令 F 1 4 6 R E C V 可 以完成主站对 从站的数据写入 和 数 据 接 收 设 置 。 从 站 不 必 执 行 F 1 4 5 S E N D 和 F 1 4 6 R E C V指令 。 F 1 4 5 S E N D指令的形式如图 1所示 ⋯。 【 s l 】 【 s 2 】 『 且t H卜一叭惦 s 姗．F I“1 0 ．D T 2 D [ D 】 阻】 D T 0 ． X 1 0 0 图 1 F 1 4 5 S E N D指令的形式 图 1中的源 [ S 1 ]是 以字／ 位 为单位 发送 的字 数／ 位 ， [ S 1 1 ]是指定 发送 的 C O M 口 C O M1 ／ C 0 M2 以及 指定 从站 ，源[ S 2 ]是指 定 主站存 储 发送数 据 的 区域 ， 目标 [ D ]和数 [ N]指定发送 到从站 的地址 。图 1的意义是将 存储 在 主站 D T 2 0起始 的 由[ S 1 ]指 定 的字／ 位 数据 通过 [ S 1 1 ]指定 的 C O M 口发 送到[ D]和[ N]指定 的从站 地址 上 。 F 1 4 6 R E C V指令 的形式如图 2所示 [ 4 1 。 【 S I 】 【 S 2 】C H 】 【 D 】 瞄 卜 _ 眦 v ， ⋯． 竹 。 ． ⋯ 雎 so { 图 2 F 1 4 6 R E C V指令的形式 图 2中的源 [ S 1 ]是 以字／ 位 为单位 接收 的字数／ 位 ， [ S 1 1 ]是 指定接 收的 C O M 口 C O M1 ／ C O M 2 以及指 定 从站 ，源[ S 2 ]和数 [ N]是待接 收的数据在 从站的存 储 区。 目标 [ D]是 主站存放所接 收数据 的首地址 。图 2的 意义是按[ S 1 ]指定的字／ 位数通 过 [ S 1 1 ]指定 的 C O M 口将 [ S 2 ]和 [ N]指定从站 的数据传输到 主站 [ D]起始 的地 址 上 。 3 F P X P L C与 变频器 的 MO D B U S R T U通 信 F P X P L C可以通过 串行通信接 口 C 0 M1或 C 0 M2与 可 接 受 MO D B U S命 令 的控 制 装 置 连 接 ．实 现 M OD B U S R T U通信 。这 些装置一般都有 R s 4 8 5或 R S 2 4 2串行接 口。 在使用上要注意装置的 MO D B U S参照编号 、B U S上的数据 以及对应 的 F P X设备编号的一致性 ⋯。如表 3所示 。 表 3 MO D B U S的参 照编号与 F P X设备编号 M O D B U S参照编号 B U S 上的数据 1 6 进制 F P ． X的设备编号 0 0 0 0 0 1 0 0 l 7 6 0 O O 0 0 0 6 D F Y o - V1 0 9 F 线圈 0 0 2 o 4 9 -o o 6 I 4 4 0 8 0 0 - I 7 F F R o ． R 2 5 5 F 输入 l 0 0 0 0 l l 0 1 7 6 0 0 0 0 o - o 6 D F X o _ X l 0 9 F 保持继电器 4 0 0 0 0 I 一 4 3 2 7 6 5 0 0 0 0 - T F F C D T 0 ． D 2 7 6 4 3 0 0 0 0 I -3 0 0 1 2 8 0 0 0 0 -0 0 7 F WL 0 ． WL I 2 7 输入寄存器 ， n 2 0 D I ．一 j 6 0 7 D O - O S C F L D 0 ． L D 5 下 面 以 F P X P L C 与 松 下 的 V F 1 0 0型 变 频 器 构 成 MO DB U S网络为例 ．说 明 M OD B U S R T U通信 。 1 在 F P X P L C控制单元 上安装具有 R S 4 8 5接线 端 子的 A F P X C O M 4通信插 卡 。变 频器 V F 1 0 0可执行 M O D ． B U S协议 ．有 R S 4 8 5接线端 子 。将 A F P X接线 端子的“ ” “ 一 ”分别与 V F 1 0 0的 l 9 、2 0号接线端子“ D ” “ D 一 ”连 接 。如 果 有 多 台变 频 器 ，将 端 子 编 号 2 l 、2 2的“ D” “ D 一 ”连接到下一 台编号 为 l 9 、2 0的端子上 。最末一 台变 频器的 2 3 号端子应与 2 2号端子短接。见图 3所示。 A F P X - C O M 4 接线端子 一 S D R D S G V F I O 0 变频器R S 4 8 5 通信端子 叶 n D E 未使用 图 3 A F P X C 0 M4接线端子与变频器的连接 2 P L C的 M O D B U S通信 参数 的设 定 。单 击 F P W[ N G R编辑 屏幕 “ 选项”菜单 ，单击 “ P L C系统 寄存器设置 ” 命 令 ．单击 “ C O Ml口设 置” ．对 “ N o ． 1站号 ”下拉 为 3 2 设 鼍 为远 离从 站 站 号 。设 置 “ N o ． 4 1 2通 信 模 式 ” 为 MO D B U S ，对 “ N o ． 4 1 5速率 ”下 拉为 9 6 0 0 b p s 。设置 “ N o ． 4 1 3通信 格式 ” 数据 长度 8位 、奇偶校 验无 、停止 位 l 。 如 图 4所 示 。 图 4 P L C的 MO D B U S通信 参数 的设定 3 设 置 V F 1 0 0变频器 MO D B U S参数 。变频器 的 参数设置要与 P L C的相 同。主要设 置参数 P O 0 3 、P O 0 4等 ， 如表 4所示 。 表 4 变频器的参数 功能 参 敦 名 称 意 义 敷 据设 定 范 围 设 定 的 数 据 聃 3 运 行 指 令 选择 通信 运 行 指 令 有效 6 - 通 信 无 7 一 通 信有 7 P 0 0 4 频 牢 设 定信 号 使传 来 的 频 率 指令 有 效 7 一 R 8 5 7 P I 3 5 通 信 协 议 选择 选 择 通 信 协议 0 - M E W T O C O L ； 1 一 M O D B U S l P l 3 6 通信站号设定 设定从站站号 l ～3 l l 4 8 4 8 0 0 s ； ％ 一 9 6 0 0 ； P I 3 7 通 信 速 度设 定 设 定 通 信 速 度 9 6 19 2 。 1 9 2 0 0 b 1 ；3 8 4 。 3 S 4 0 0 b P I 3 8 停 止位 长 度 设 定 停止 位 长 度 I l 位 2 - 2 位 l P I 3 9 奇 偶 校 验 设 定 奇 儡 棱 鞋 O - j E 奇 髑 i 一 奇 2 一 偶 口 曩l ； ≥ 控 制 如果 有多 台变频器 或其他设 备 ，对 P l 3 6通信站 号可 顺 序设定 ，其 他参 数与表 4一 样 。变 频器 的其 他通信 功 能 ，如频率设定 、运行控制 、电压 电流监控 、P I D运算监 控等 ，其寄存器 编号 的选取 ，如表 5所示 。监控 的通信使 用 F 1 4 6 R E C V指令 。 表 5 变 频 器 可 使 用 豹 通 信 功 能 功 能 寄存器编号 功能名称 备注 D T 2 3 7 频率设定 无存储区设备 控制指令 D T 2 3 8 频率设定 有存储区设备 O ． 0 l H z 单位 、 7 5 O 运行控制 接点数据 D T 3 0 1 输出频率 O ． o 1 H z 单位 D T 3 0 2 输出电流 0 ． 1 A单位 口r 3 0 3 输出电压 O ． I V A C单位 监控 r 3 l 4 P ID设定值 D T 3 l 5 P 1 D 目 标值 O ．0 1 ％单位 乃l 6 P I D输出值 4 通信程序的编写 图 5是 F P X P L C与两 台变频器 M OD B U S R T U通信 的程序 ，传输 的是频率控 制信号 。其 中第 0步 至第 2 5步 是 主站对第 l台变 频器 1 从 站 控制 的参数 设置 ，第 3 l步至第 5 6步是 主站对第 2台变频器 2 从站控制的 参数设 置。第 7 O步 F 1 4 5 S E N D指令的 源 [ S 1 ]D T 1 0 0 为 H1 H 0 0 0 1 ，是发 送 字 ，1个 字 ； [ S 1 1 ]D T 1 0 1为 H】 O O l ，意 义是 从 C O MI口发送 到 1 从 站 ，将 源[ s 2 ] D T 1 1 0的数 据 1 0 0 0发送 到从站 D T 2 3 7 ，即设置 l 变频器 的频 率 为 1 0 H z 。 当外 部控 制使 得 R 1 0 0闭合 。位左 移指 令 F I O 1 S H L使得 R 5 0接 通 ，WR 2 5 0为 “ 1 ” ，变频器 则 以 1 0 H z的频率 工作 。 当 WR 2 5 0为 “ 0 ” ，变频 器运行 停止 。同理 ，设 置 2 从 站变 频 器 以 2 0 Hz的频 率 工作 。 程序 在循环 工作 。如果 要在 运 行中 改变 频率 的设置 ，只 须 编程 改 变第 1 2步 或 第 4 3步 的传 送 指令 MV 的语 句 ． 方便灵活 。 在 P L C与变频器的控制 中，变频器 的 O N ／ O F F状 态一 般可 以使用变频器 面板控制 或外部控制 。运行 中的频率改 变 和设 置 、中途 的停止 和再启动 、P I D运算 的投人 和撤 出 都 可以用 F 1 4 5 S E N D指令编 程。编程时 要注意功 能寄 存器 的编号。各厂商生产的支持 MO D B U S协议 的变频器的 寄存 器通信 功能不 完全 相 同 ，需 参 阅各 类变频 器使 用手 册 。 4结论 除 了本 文提 到的松 下 P L C和变频 器 之外 ，目前 很 多 P L C都被设计成可以使 用 M O D B U S协议 ．有些使 用通 信模 块 ，有些 直接 集 成 。例 如 西 门子 S 7 2 0 0 P L C 可以通 过 图 5 F P X P L C与二台变频器 的 MO D B U S通信程序 MO D B U S协 议指 令 ，将其 组 态为 M O D B U S主 站或 MO D ． B U S从 站 等 。R o c k w e l l公 司 的 P o w e r F l e x系 列 和 丹 佛 斯 D A N F O S S 变频 器都开发 了相应的软件 ．支持 M O D B U S R T U协议 。应用 MO D B U S协议可 以方便地 达 到主站控 制 从站 的 目的 。因此 ，利用 MO D B U S协议 ，开发 P L C与变 频器以及 其它电子控制装置的网络通信 。已在很 多中小型 工厂 中得 到广泛的应用 ，它必将提 高工厂 的 自动 化程度 。 提高生产率 。 参考文献 [ 1 ]松 下电工株 式会社．F P - X用户手册 [ Z]．2 0 0 8 ． [ 2 ]刘彦 鹂．F P X P L C的 P C l i n k通信[ J ]．机 电工程 技 术 ， 2 0 0 9 ．3 8 0 8 1 6 4 1 6 5 ． [ 3 ]高鸿斌．西门子 P L C与工业控制 网络应 用 [ M]．北京 电子 工业 出版 社 ．2 0 0 ． [ 4 ]侯 益坤 ，刘彦 鹂，冯旭．F P系列 P L C技术与应 用 [ M]．北 京机械工业 出版社 ．2 0 1 0 ． [ 5 ]松 下电工 中国有限公 司．变频 器 V F 1 0 0使用手册[ Z]． 2 0 o 9 ． 第一作者简介 刘彦鹂 ，女 ，1 9 7 1年生 ，广东增 城人 ，硕士 ，工 程师。研究领域 P L C技术 和电工 电子。 已发表论文 9篇 。 编辑 昊智恒
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