Twido与ATV31的Modbus串行通信(Modbus通信控制启停、模拟量输出给定速度 完全通信指导

施耐德技术服务中心TSC Twido与ATV31Modbus串行通信向导 Modbus通信控制启停、模拟量输出给定速度本向导分为两部分：1.快速操作指南-Know How, 满足了客户“快速解决调试问题”的需求。l 发送快-大小在2M左右，能方便快速地通过电子邮件发给客户使用l 调试快-提供了反复调试过的完整准确的PLC通信程序，客户可直接下载l 接线快-含有实物照片的通信接线图使客户非常容易理解和模仿，并且快速完成接线l 设置快-图形化的变频器参数设置指导使客户可直接上手设置参数，不用查找手册2.完全通信指导-Know Why, 满足了客户“系统学习通信知识”的需求。l 知识全-不仅给出了详细的调试步骤和详细解释，还使客户在完成通信的同时系统学习相关的产品和通信知识l 考虑全-对客户调试可能遇到的各种突发情况给出了相关提示和解决方法l 理解易-提供了程序指令和结构的详细注释，使客户能容易的理解和学习提供的标准程序并能在原有程序上进行扩展第二部分完全通信指导 Twido Modbus Communication with ATV31 Edition:2008-6安全信息重要信息注意： 在尝试安装、操作或调试设备之前，请仔细阅读下述说明并通过查看来熟悉设备。下述特别信息可能会在文本其他地方或设备上出现，提示用户潜在的危险和注意事项，或提供阐明或简化某一过程的信息。 这是“警告”的符号。警示用户潜在的危险和必须要遵守的规则，如果不遵守使用说明，可能导致调试失败、人身伤害甚至设备损坏。 这是提醒“注意”的符号。提醒用户需要注意的操作说明。请遵守所有带此符号的注意事项，以避免不必要的调试错误。 “警告”表示可能存在危险，如果不遵守，可能导致严重的人身伤害甚至死亡，或设备损坏。警告注意“注意”表示需要注意的操作，如果不遵守，可能导致调试失败。目录1. 实验简介42. 实验环境43. 硬件连接53.1 Twido与变频器的通信连接53.2 Twido与变频器的端子连接74. ATV31变频器设置84.1 操作说明84.2 主要参数设置94.2.1 控制方式104.2.2 通信参数125.1 Modbus协议简介145.2 交换数据表145.3 ATV31参数说明155.3.1 读写变量155.3.2 状态字165.3.3 控制字165.3.4 特殊DRIVECOM参数175.4 DRIVECOM流程175.5 TwidoSoft软件的配置185.6 Twido软件编程语句介绍215.6.1 EXCHx指令215.6.2 %MSGx功能块215.7 程序的分步讲解225.7.1 一台PLC与一台变频器通信225.7.2 一台PLC与多台变频器通信246. 实验调试276.1 计算机和PLC连接276.2 交换数据表对照276.3 动态变量表的读和写286.4 ATV31常见通信故障297系统扩展307.1 分配器模块和RJ45连接器307.2 接线盒方式308. 附件318.1 相关技术文档318.1.1 TwidoSoft软件参考手册318.1.2 Twido硬件参考手册318.1.3 ATV31编程手册318.1.4 ATV31modbus用户手册318.2 参考程序328.2.1 Port2口做通信328.2.2 Port1口做通信32在实际进行通信调试之前，为保证调试安全：1 强烈建议用户不带电机进行通信调试。在此情况下，必须禁止变频器的电机缺相故障OPL，详细设置请参照4.2.1 控制方式的禁止变频器OPL的说明。2 如果用户的变频器必须要带电机进行通信调试，强烈建议断开电机负载，以避免负载的起动对人身和设备造成危害。3 如果用户的变频器和电机必须带负载进行通信调试，请务必确保电机和负载的启动和运行不会对人身、设备造成危害，以及对生产造成影响。警告1. 实验简介PLC通过modbus监控变频器的运行是工业中较常见的应用，本文以施耐德Twido PLC与ATV31变频器为例，简要介绍PLC与变频器之间modbus串行通信的过程，包括硬件接线、变频器参数设置、硬软件组态、上电调试等，实现在PLC上远程控制ATV31变频器的故障初始化，启动/停止，正转/反转，频率给定等。本文只介绍了Modbus通信控制变频器启停，模拟量模块端子给定频率的情况，关于端子控制和modbus通信控制的其他几种混合使用的情况，以及其他施耐德PLC，如Premium，Quantum与ATV31的modbus串行通信，将在本书的其他文章中介绍。2. 实验环境主要硬件：类型型号数量参考图片电源24V开关电源 1PLCTwido PLCTWDLMDA20DRT(CPU模块)（中）TWDNOZ485T(端子 485扩展模块)（左）TWDAMM3HT(模拟量混合模块)（右）1变频器ATV311Modbus通信电缆8针MiniDIN圆头线1RJ45接头屏蔽双绞线1主要软件TwidoSoft3.5是施耐德电器支持Twido PLC的编程，调试和运行的工具软件。3. 硬件连接3.1 Twido与变频器的通信连接12312345678CAN_HCAN_LCAN_GNDD1D0不连10V公共12345678D1D0NC/DE/DPTNC0V5VABGD1D0公共451TSXPCX1031-C 转接块的拨码拨到226521TWDLMDA20DRT Twido PLC CPU模块3TWDNOZ485T Twido MiniDin 485扩展模块4Port1口通信 电缆制作图5 Port2口通信 电缆制作图注意用户自制通信电缆，建议用户使用屏蔽双绞线。3.2 Twido与变频器的端子连接之后在4.2.1 控制方式中将会对ATV31变频器编程，如下：配置给定1/Fr1设置为AI1；频率给定由AI1输入给定。ATV31的配置给定AI1端子接线如下：11COM为0V公共端，10V为内部10VDC；AI1接收电压输入010V，最高安全电压30V。在AI1端和COM端也可以直接接电压输入。输入电压和频率的线性对应为010V对应LSP-HSP(0V对应LSP，10V对应HSP)。LSP和HSP在变频器上的编程如下：代码描述调整范围工厂设置路径LSP低速，最小给定值时的电机频率0HSP0HZSetLSPHSP高速，最大给定值时的电机频率LSP-tFrbFrSetHSPbFr标准电机频率50HZDrCbFrtFr最大输出频率10500HZ60HZDrCtFr在工厂设置状态下，010V输入对应050HZ。详细说明可参照8.1.3 ATV31编程手册。同样，如果用户设置AI2、AI3为Fr1(配置给定1)，输入接线大致与AI1相同，详细说明参见ATV31的安装手册。本文是以模拟量输出模块AO作为变频器的模拟输入，实际应用过程中可以用其他的模拟输出设备作为变频器的模拟输入，如其他模拟量输出模块，电位计，信号发生器等。注意4. ATV31变频器设置4.1 操作说明ATV31的前面板说明如下：ATV31操作面板主要操作规则：按上下键对菜单进行浏览，不会对选定项进行存储；一直按住上下键(2秒)可快速滚动浏览菜单；存储选定项，长按ENT键ENT，当存储数值时，显示器会闪烁。正常显示状态：无故障出现和无起动时，正常显示有如下几种：频率：SUP菜单中所选的参数的显示(缺省选项：加到电机上的输出频率)。在电流限制模式下，显示器会闪烁。init:初始化顺序rdY:变频器就绪dcb:直流注入制动正在进行nSt:自由停车FSt:快速停车tUn:正在进行自动整定故障显示状态：显示器闪烁指示出现的故障，故障的具体内容以及操作，请参照8.1.3 ATV31编程手册的故障原因解决方案章节。任何初始显示状态下，均可以按ENT键ENT进入设置菜单。4.2 主要参数设置ATV31的主菜单如下，所有的参数均在主菜单的子目录里面进行设置。4.2.1 控制方式如果采用通信启停，模拟量模块给定速度，ATV31设定步骤如下：参数路径参数说明值功能描述CTL-LAC功能访问等级L3访问高级功能与混合控制模式的管理CTL-FR1配置给定1AI1模拟输入AI1CTL-CHCF混合控制模式SEP如果LAC=L3可访问此参数：SIN组合，控制和频率给定由同一种方式设定；SEP分离，控制和频率给定由不同的方式设定CTL-Cd1配置通道给定1NdbCd1菜单只有在LAC=L3&CHCF=SEP时才有效；tEr-端子控制；LOC-键盘控制；LCC-远程终端控制；Ndb-modbus总线控制；can总线控制。Flt-OPL电机缺相故障No带小电机试验时，禁止因为输出电流过小出现的电机缺相故障；一般在变频器最小输出电流大于电机额定电流时需要禁止电机缺相故障。功能访问等级设置配置给定1设置如下:频率控制的输入由电位机AI1给定。控制模式设置如下：本例中控制启停和频率给定分别由modbus通信和端子设定，所以控制模式设为SEP/分离。配置通道给定1设置如下：设置为Ndb/modbus控制。禁止电机缺相故障设置如下；当变频器最小输出电流大于电机额定电流时需要禁止电机缺相故障。4.2.2 通信参数此设置和PLC中的Modbus参数设置保持一致，步骤如下：参数路径参数说明值功能描述CON-ADD从站地址2.范围1247CON-tbr通信速率192004.8-4800bps;9.6-9600bps;19.2-19200CON-tfo通信格式8n18O1:8个数据位,奇校验,1个停止位8E1:8个数据位,偶校验,1个停止位8n1:8个数据位,无校验,1个停止位8n2:8个数据位,无校验,2个停止位从站地址设置通信速率设置通信格式设置设置完毕后，关闭变频器电源再重新上电，参数设置才能生效注意 5.1 Modbus协议简介Modbus协议是Modicon公司于1978年开发的一个用于PLC和编程器之间通信的协议，1980年起，为众多制造商所采用而完全开放，成为“事实上的工业标准”。它实现控制器相互之间、控制器经由网络和其它设备之间的通信，支持传统的RS一232422 485设备和最新发展出来的以太网设备。该协议定义了一个控制器能识别的消息结构，描述了控制器如何请求访问其它设备， 如何回应来自其它设备的请求，以及怎样侦测错误并记录。它是一种应用层报文传输协议，与底层的物理接口及电气规范无关， 这是其目前生命力仍很强的原因。Modbus 协议是一个分级结构 (主从式) 异步串行通信协议，为客户机/服务器方式，可使主站对一个或多个从站进行访问，主站和从站之间允许多点连接。 n 主站和从站可以有两种对话方式：查询方式：主站对一个从站进行对话并等待其回应广播方式：主站对所有从站进行对话 (不等待回应)n Modbus 的协议中有两种传输方式：RTU 方式格式：地址命令数据CRC 校检ASCII 方式格式：头码地址命令数据LRC 校检尾码说明：RTU (Remote Terminal Unit，远程终端单元) CRC (Cyclical Redundancy Check，循环冗余校验)LRC (Longitudinal Redundancy Check，纵向冗余校验)5.2 交换数据表Twido作为主站进行Modbus通信时，必须编程通信程序，而程序的编写是通过填写字表的方式进行的，以下就Modbus字表进行详细阐述。另外，Twido作为Modbus从站时，是不需要编程的，只需要配置通信参数即可。读N个字MW(功能码03)表索引高字节低字节控制表001(发送/接收)06(发送长度)*103(接收偏移)00(发送偏移)发送表2从站地址(1247)03(请求码)3读取的第一个字的地址4读取的字数N接收表5从站地址(1247)03(请求码)600(接收偏移值)2N 所读的值占用的字节数7读取的第一个字8读取的第二个字N6读取的第N个字*在应答后，长度会变为接收到的字节长度写N个字MW(功能码16)表索引高字节低字节控制表001(发送/接收)8(2N)发送长度100(接收偏移)07(发送偏移)发送表2从站地址(1247)16(请求码16进制10)3所写第一个字地址4所写字的个数N500(发送偏移值)2N所写字节数6所写的第一个字7所写的第二个字N5所写第N个字接收表N6从站地址(1247)16(请求码)N7所写第一个字地址N8所写的字数有多条EXCH指令时，要使用分时控制5.3 ATV31参数说明5.3.1 读写变量读出变量地址代码说明3203FRH给定频率3202RFR电机输出频率3207ULN线电压7121LFT上一次故障3201ETADRIVECOM状态字写入变量 地址代码说明8501CMDDRIVECOM命令字8502LFR在线给定频率8504CMI内部控制寄存器11920RPIPI调节器内部设定点9623UFRIR补偿5.3.2 状态字状态字Bit0准备接通Bit1接通Bit2操作被允许Bit3故障Bit4电压无效Bit5快速制动Bit6接通被禁止Bit7报警Bit80Bit9线性控制Bit10达到给定值Bit11超过给定值Bit120Bit130Bit14按STOP键停止Bit15旋转方向5.3.3 控制字控制字Bit0接通Bit1电压无效Bit2快速制动Bit3允许操作Bit40Bit50Bit60Bit7故障复位Bit80Bit90Bit100Bit11正传/反转Bit12斜坡制动Bit13注入制动Bit14快速制动Bit1505.3.4 特殊DRIVECOM参数特殊”DRIVECOM”参数地址代码说明8606ERRD故障代码(写保护)8601CMDD命令字8603ETAD状态字(写保护)8602LFRD给定转速8605FRHD带符号输出转速(写保护)8604RFRD无符号输出转速(写保护)上电5.4 DRIVECOM流程是故障？ETA=16#*8ATV故障功能失常否CMD=16#0080故障消失，复位ETA=16#*40ATV锁定接通禁止CMD=16#0000禁止电压或CMD=16#0000禁止电压CMD=16#0000禁止电压CMD=16#0006停车电机停车修改配置参数或或或电机停车修改配置参数CMD=16#0000禁止电压终端上STOP键CMD=16#0002快速停车或或终端上STOP键电机停车修改配置参数nStETA=16#*21ATV等待禁止电压rdY,dCbETA=16#*07紧急停车快速停车激活CMD=16#0007接通CMD=16#0006停车CMD=16#0006停车nStETA=16#*23ATV就绪接通CMD=16#*F激活运行CMD=16#*F激活运行CMD=16#0007禁止运行rUn,rdYETA=16#*27ATV运行运行激活CMD=16#000B快速停车ATV31的DRIVERCOM流程5.5 TwidoSoft软件的配置步骤动作&示例1新建一个工程2选择Twido PLC的CPU，本实验采用了TWDLMDA20DRT3选择一个RS485的扩展端口用于与ATV31进行通信4选择TWDNOZ485T,8针miniDIN连接头的扩展模块步骤动作&示例5配置两个端口6配置Port1为编程端口，设置如下：7配置Port2为通信端口，配置如下，且与变频器端的设置一致Port1 编程端口Port2 通讯端口步骤动作&示例8添加模拟量模块9选择TWDAMM3HT混合模块10配置TWDAMM3HT模块11配置TWDAMM3HT的模拟量输出通道为010V5.6 Twido软件编程语句介绍一个Twido控制器配置后可与Modbus从设备通信，或以字符模式（ASCII）发送和/或接收消息。TwidoSoft为这些通信提供了下列功能： EXCH指令用于发送/接收消息 交换控制功能模块（MSG）用于控制数据交换Twido控制器在处理EXCH指令时使用制定端口的配置协议。每个通信端口可被分配一个不同的协议。通过添加端口号到EXCH或%MSG功能（EXCH1,EXCH2,%MSG1,%MSG2）可以访问通信端口。5.6.1 EXCHx指令发送/接收报文；其中x为通信端口号(1或2)EXCHx %MWi:L（i + L =255）这里：x串行口号（1或2）；x以太网端口（3;:L字表总字数（最大121）。内部字表Mwi:L的值为i+L=255。5.6.2 %MSGx功能块控制数据交换这里的x表示控制器端口：x1或2，分别表示控制器串口1或2；x3，表示控制器的以太网端口（仅适用于TWDLCAE40DRF控制器）。MSGx功能模块管理数据交换且具有三个功能： 通信错误校验：错误校验核实EXCH指令编程的模块长度（字表）足够包含将被发送的消息长度（与字表中的第一个字的低位字节的编程长度比较）。 多消息协调：为了确保多消息发送时的协调性，MSGx功能模块提供决定前一条消息何时完成所必需的消息。 优先消息发送：MSGx功能模块允许当前消息的发送被停止，以保证紧急消息的立即发送。参数标识值输入（或指令）复位R置为1时，通信重新初始化；MSGx.E=0和MSGx.D=1。通信完成输出%MSGx.D状态1表示通信在下列情况完成； 发送结束（如果是发送） 接收结束（收到结束字符） 错误 模块重启状态0表示请求在处理过程中。故障（出错）输出%MSGx.E状态1表示通信在下列情况完成： 命令错误 表配置错误 收到不争取的字符（速率，奇偶，等等） 接收表满（未更新）状态0表示消息长度和连接都正确5.7 程序的分步讲解5.7.1 一台PLC与一台变频器通信5.7.2 一台PLC与多台变频器通信6. 实验调试用户在上电调试之前，请务必确保PLC，变频器以及所带的电机的接地安全，以避免因接地问题而可能造成的人身伤害和设备损坏。警告6.1 计算机和PLC连接连接图如下：3121 TSXPCX1031-C电缆的圆头与Twido PLC的圆口连接2TSXPCX1031-C转换器拨号到23 TSXPCX1031-C的9针端与计算机的串口连接6.2 交换数据表对照注意：该例使用DRIVECOM流程，假如把ATV31设为分离控制方式，也就是通信给定频率，端子控制起停的话，可以不使用DRIVECOM流程。交换数据表读变量值(高位字节)值(低位字节)说明MW00106发送接收：01；发送长度：06(字节)MW10300接收偏移：03；发送偏移：00MW20103从站返回值从站地址：02；命令代码：03(读变量)MW30c81起始变量：160c81(W3201)MW40001数据长度：1 字MW50103从站地址：02；命令代码：03MW60002接收偏移值：00；接收到的字节数：2MW70000读到的寄存器值写变量值(高位字节)值(低位字节)说明MW50010C发送接收：01；发送长度：12(字节)MW510007接收偏移：00；发送偏移：07MW520110从站地址：02；命令代码：16(写变量)MW532135起始变量：162135(W8501)MW540002数据长度：2字MW550004从站返回值发送偏移值：00；写的字节数：04MW560000写入变量值1：W8501MW570000写入变量值2：W8502MW580110从站地址：01；命令代码：16(写变量)MW592135起始变量：162135(W8501)MW600002数据长度：2字6.3 动态变量表的读和写频率的换算如下2000/4096=X/50HzX25Hz本例中变频器采用是无电机测试，调试时给定变频器频率25HZ，运行安全。因此，强烈推荐用户在进行在线通信调试时1， 如果用户变频器采用无电机进行调试，可按照本例中的输入频率进行设定；2， 如果用户变频器带有负载进行调试，请务必确保变频器的给定频率在负载和环境的安全应用范围之内，不会对人身和设备造成安全影响。警告6.4 ATV31常见通信故障1出现通信故障或者变频器故障时，变频器会自动停止输出。在此例中，常见故障是SLF(serial link fault)通信故障，通信故障之后10秒变频器会自动停止输出，并在液晶显示器上显示SLF。几种常见的故障原因解决方案如下：故障起因故障现象解决方案恢复运行变频器显示变频器输出硬件线路故障SLF1约10秒后停止输出检查并恢复硬件线路通信自动恢复，显示故障，需要复位PLC断电SLF约10秒后停止输出PLC重新热启动通信自动恢复，显示故障，需要复位PLC热启动SLF如10秒内不能启动，则停止输出通信自动恢复，显示故障，需要复位PLC冷启动nSt立即停止输出，变频器复位PLC冷启动通信自动恢复CPU停止运行SLF约10秒后停止输出PLC启动通信自动恢复，显示故障，需要复位110秒为ATV31变频器modbus超时的出厂设定值，即在10秒之内如果没有检测到modbus请求或接收信号，会报SLF故障。此时间一般默认为出厂设定值10秒，见8.1.3 ATV31编程手册的菜单COM-ttO。故障排除且复位后，变频器状态重新回到waiting或ready，变频器液晶显示rdy(ready/就绪)或nSt(自由停车)后，变频器才能启动。其他更多ATV31变频器的故障原因解决方案，请参照8.1.3 ATV31编程手册的故障原因解决方案章节。7系统扩展本例只是对单个变频器进行控制，对于多个变频器连接的情况，需要对硬件和软件进行扩展，软件的扩展已经在之前的5.7.2 一台PLC与多台变频器通讯中进行了讲解，下面对硬件扩展作出说明。施耐德提供专门的连接器来进行扩展，主要有两种扩展的方式。7.1 分配器模块和RJ45连接器使用施耐德的标准扩展设备，通过分配器模块和RJ45连接器方式进行扩展。1，modbus主站，PLC或者PC 2，modbus电缆3，modbus分支模块LU9 GC34，modbus分支电缆VW3 A8 306R*5，线路终端器VW3 A8 306RC6，modbus 三通盒VW3 A8 306 TF*(带电缆) 7，modbus电缆TSX CSA*00(至另一个分支模块)7.2 接线盒方式使用施耐德的标准扩展设备，通过转接线盒进行扩展。1，modbus主站2，modbus电缆3，modbus电缆TSX CAS*0014，modbus三通盒TSX SCA5015，用户分接插口TSX SCA626，modbus分支电缆VW3 A8 306R*7，modbus分支电缆VW3 A8 306 D301TSX SCA50和TSX SCA62中均带一个RC线路终端器VW3 A8 306RC不论采用哪种扩展方式，当带的从站比较多时，modbus线路两端须接线路终端器，如7.1扩展方式中的标号5，7.2扩展方式中的标号4和5的设备中包含线路终端器VW3 A8 306RC。采用标准的modbus连接时，使用线路终端器VW3 A8 306RC；采用modbus jbus连接时，使用VW3 A8 306R线路终端器。两种线路终端器的内部实际结构如下图： VW3 A8 306RC VW3 A8 306RC详细的扩展规划，请参照8.1.4ATV31的modbus用户手册。对于使用多台变频器的系统，为保证系统通信的稳定性与可靠性，建议客户使用施耐德的标准CANopen扩展设备。注意8. 附件8.1 相关技术文档8.1.1 TwidoSoft软件参考手册8.1.2 Twido硬件参考手册8.1.3 ATV31编程手册8.1.4 ATV31modbus用户手册8.2 参考程序8.2.1 Port2口做通信 port2口通信 一台PLC与一台变频器通信 port2口通信 一台PLC与多台变频器通信8.2.2 Port1口做通信 port1口通信 一台PLC与一台变频器通信 port1口通信 一台PLC与多台变频器通信Twido与ATV31的Modbus串行通信向导 32