Quantum与ATV71的Modbus串行通信指导.docx

1、Quantum与ATV71的Modbus串行通信指导Unity Quantum与ATV71Modbus串行通信向导本向导分为两部分：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。 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 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 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 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。 知识全-不仅给出了详细的调试步骤和

2、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 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 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Unity Quantum Modbus Communication with ATV71 Edition:2009-3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

3、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“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。 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硬软件环境 43. ATV71变频器设置 53.1 操作说明 53.1.1 集成显示终端 53.1.2 图形显示终端 73.2 参数设置 83.2.1 简单启动设置 83.2.2 控制方式 93.2.3 通信参数 124.

4、硬件连接 155. PLC编程 165.1硬件组态 165.1.1 组态CPU 165.1.2 组态Modbus Master 175.2 ATV71 Modbus变量说明 185.2.1 ATV71 Modbus内部字 185.2.2 ATV71 DSP402状态表 195.3 XXMIT主站通信功能块 205.3.1 调用XXMIT功能块 205.3.2 配置XXMIT的读功能 215.3.3 配置XXMIT的写功能 235.4 编程 245.4.1 时间令牌设置 245.4.2 读写从站寄存器 255.4.3 DSP402流程 276. 实验调试 296.1 计算机与PLC的连接 296

5、.2 软件调试 306.3 常见通信故障 316.3.1 主站通信故障 316.3.2 ATV71从站通信故障 317. 带多台变频器 327.1 硬件连接 327.1.1 分配器模块和RJ45连接器 327.1.2 接线盒方式 327.2 软件扩展 348. 附件 358.1 Unity Quantum程序 358.2 ATV71的Modbus用户手册 358.3 ATV71编程手册 35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Unity Quantum PLC与ATV71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

6、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ATV71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PLC通过Modbus通信远程控制变频器，关于Modbus通信控制和端子控制混合使用的情况，以及其他施耐德PLC，如TWIDO，M340，Premium与ATV71的Modbus串行通信，将在本书的其他文章中介绍。2硬软件环境主要硬件如下：类型型号数量参考图片PLCUnity Quantum P57104M1变频器ATV711Modbus通信电缆RJ45接头屏蔽双绞线2主要软件：Unity Pro V4.0。Unity Pro是施耐德电气支持Qua

7、ntum，Unity Quantum，M340的通用编程，调试和运行的软件包。3. ATV71变频器设置3.1 操作说明ATV71有两种操作面板，分别为集成显示终端和图形显示终端。按照ATV71变频器的输出功率大小来分，75KW的ATV71变频器标准配置为图形显示终端，无集成显示终端。图形显示终端集成显示终端3.1.1 集成显示终端集成显示终端的屏和键的功能如下：进入菜单或参数，或者保存所显示的参数或值退出菜单或参数，或者放弃显示值以返回内存中的先前值2个CANopen总线状态LED转到下一个菜单或参数，或者减小所显示的值返回先前的菜单或参数，或者增大所显示的值4个7段显示屏2个Modbus总

8、线状态LED 按 或 并不能存储选择。 按住或一段时间 (2 s) 就可以快速翻动数据。如要保存和存储所显示的选择：按ENT 键。当存储一个值时显示屏闪烁。无故障出现且没有起动时正常显示：- 43.0： 显示在SUP 菜单中选择的参数( 缺省选择：电机频率)- CLI：电流限幅- CtL： 输入缺相时受控停车- dCb： 直流注入制动进行中- FLU： 电机正在励磁- FSt：快速停车- nLP：无主电源(L1，L2， L3上无主电源)- nSt：自由停车- Obr：自适应减速- PrA：断电功能有效(变频器被锁定)- rdY = 变频器已准备好- SOC： 运行中切断输出- tUn： 自整定

9、进行中- USA： 欠压报警集成显示面板的菜单如下：变灰的菜单不能被访问，由访问控制(LAC) 设置决定3.1.2 图形显示终端图形显示终端描述：有效控制通道Term：端子HMI： 图形显示终端MDB：集成Modbus总线CAN：集成CANopen总线NET：通信卡APP： Controller Inside 卡频率给定值电机内的电流变频器状态显示行菜单行，显示当前菜单名主显示窗口，显示菜单、子菜单、参数、值、柱状图等显示分配给键F1 至F4的功能功能键ESC 按钮：放弃一个值、一个参数或一个菜单，返回以前的选择STOP/RESET(停车/复位)按钮用于使电机旋转反向的按钮RUN( 运行) 按

10、钮导航按钮 按(ENT)：-保存当前值-进入所选菜单或参数 顺时针/逆时针转动：- 增大或减小一个值- 转到下一行或前一行- 增大或减小给定值，如果通过终端控制功能被激活3.2 参数设置3.2.1 简单启动设置在Unity Premium与ATV71进行Modbus通信控制之前，首先要保证ATV71能单独带电机运行，所以必须对ATV71中的简单启动菜单中的参数进行设置。简单启动菜单在集成显示终端中的菜单显示为：简单启动菜单在图形显示终端中的菜单显示为： 自动或按ENT键按ENT键进入，并旋转导航键选择1.1简单起动按ENT键旋转导航键查找并设置参数用户根据自己所带电机的实际应用进行设置3.2.

11、2 控制方式如果采用Modbus通信控制启停及速度给定，需要设置的参数及步骤如下：参数路径参数说明值功能描述CTL-/FR1配置给定1ndb通过Modbus总线给定CTL-/CHCF控制模式设置SINSIN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Flt-/OPL-/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。配置给定1集成显示终端的设置如下：图形显示终端的设置如下：按ENT进入，并旋转导航键选择给定1通道按ENT键进入，并旋转导航键选择Modbus，然后自动

12、返回上一级控制模式设置本例中控制和频率给定全部由通信给定，将控制模式设置为SIN组合模式，与出厂设置相同；用户需根据实际情况进行模式选择。集成显示终端的设置如下：图形显示终端的设置如下：按ENT键进入，并旋转导航键选择组合模式按ENT键进入，并旋转导航键选择组合通道禁止电机缺相故障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。此处是否禁止，视用户测试的状况而定。集成显示终端的设置如下：图形显示终端的设置如下：按ENT进入，并旋转导航键选择电机缺相按ENT键进入，并旋转导航键选择输出缺相设置按ENT进入，并旋转导航键选择否3.2.3 通信参数ATV71变频器的Modbus通信参数设

13、置需要与PLC中的TSXSCP114卡的设置保持一致，步骤如下：参数路径参数说明值功能描述CON-/ND1-/ADD从站地址3范围1247CON-/ND1-/tbr通信速率96004.8-4800bps;9.6-9600bps;19.2-19200CON-/ND1-/tfo通信格式8E18O1:8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个停止位从站地址集成显示终端的设置如下：图形显示终端的设置如下：按ENT键进入，并旋转导航键选择网络MODBUS按ENT键进入，并旋转导航键选择Modbus地址按ENT

14、进入，并旋转导航键输入地址3通信速率集成显示终端的设置如下：图形显示终端的设置如下：按ENT键进入，并旋转导航键选择网络MODBUS按ENT键进入，并旋转导航键选择Modbus比特率按ENT进入，并旋转导航键选择9.6kbps通信格式本例中将通信格式设置为8位数据位，偶校验，1位停止位，即8E1，与出厂设置相同；用户需根据实际需要进行设置。集成显示终端的设置如下：图形显示终端的设置如下：按ENT键进入，并旋转导航键选择网络MODBUS按ENT键进入，并旋转导航键选择Modbus格式按ENT进入，并旋转导航键选择8-E-1注意4. 硬件连接Unity Quantum的Modbus端口为RJ45类

15、型，ATV71的Modbus端口也是RJ45类型，用跟RJ45双绞线，一端为标准的RJ45水晶头，另外一端为飞线。两根双绞线的RJ45端分别插入Unity Quantum和ATV71的Modbus端口，飞线端相连；系统的硬件构架和连接如下：23111Unity Quantum的Modbus端口定义；端口为RJ45类型。2ATV71的Modbus端口定义；端口为RJ45类型。3两个RJ45双绞线的飞线端连接定义；注意5. PLC编程本例中的PLC组态和编程全部采用Unity Pro 4.0完成。Unity Pro是施耐德电气支持Quantum，Unity Quantum，M340的通用编程、调试

16、和运行的软件包。PLC编程主要包括硬件组态和软件编程两个部分。5.1硬件组态5.1.1 组态CPU步骤动作&示例1打开Unity Pro，并新建一个项目，选择Quantum系列中与用户使用类型相同的CPU类型。这里以CPU65160为例。2在Unity窗口的Project brower中双击Configuration，打开硬件组态。双击打开硬件组态 5.1.2 组态Modbus Master步骤动作&示例1双击CPU，打开配置界面。双击打开CPU配置页面 2切换到Modbus Port配置界面，修改如下参数。参数值描述Baud9600bits/sModbus通信速率Stop Bits1停止位P

17、arityEVEN奇偶校验Address1Modbus地址ModeRTU通信模式ProtocolRS485协议 设置完毕后点击确认按钮进行确认。5.2 ATV71 Modbus变量说明在Unity Quantum PLC中编写程序，将变频器的内部变量用功能块XXMIT映射到本地寄存器，通过对本地寄存器进行读写，来完成对变频器的监控。5.2.1 ATV71 Modbus内部字在此仅列出本例中使用的ATV71内部寄存器以及对应功能,见下表：类型地址代码说明读出变量3201ETA状态字3202rFr输出频率写入变量8501CMD控制字8502LFR频率给定对ATV71变频器实现Modbus通信控制的

18、状态字和控制字说明如下：位状态字ETA(W3201)控制字CMD(W8501)Bit0通电准备就绪/动力部分线电源挂起上电/接触器控制Bit1通电/就绪允许电压/允许交流电压Bit2运行被允许/运行快速停车/紧急停车Bit3故障允许操作/运行命令Bit4电压有效/动力部分线电源有电保留0Bit5快速停动保留0Bit6通电被禁止/动力部分线电源被禁止保留0Bit7报警故障复位/确认故障Bit8保留0暂停Bit9远程/通过网络给出的命令或给定保留0Bit10达到目标/达到给定保留0Bit11内部限值有效/给定超出限制正转/反转Bit12保留0可分配的Bit13保留0可分配的Bit14通过STOP键

19、停止可分配的Bit15转动方向可分配的5.2.2 ATV71 DSP402状态表变频器的内部操作遵循DSP402状态表，见下图：上电是故障？功能失常否故障消失，复位通电被禁止禁止电压 禁止电压禁止电压停车或禁止电压快速停车或快速停车接通准备好快速停车有效接通停车停车起动激活运行激活运行禁止运行运行被允许快速停车5.3 XXMIT主站通信功能块在Unity Quantum中用指令XXMIT对变频器的Modbus寄存器进行读写。5.3.1 调用XXMIT功能块步骤动作&示例1新建一个梯形图程序梯形图，点击菜单栏中的FFB输入助手，在FFB TYPE中输入XXMIT或者点击右边的浏览按钮在目录Lib

20、raryCommunication中选择XXMIT。点击进入功能块库，选择LibsetV4.0CommunicationXXMIT注意5.3.2 配置XXMIT的读功能步骤动作&示例1定义XXMIT功能块。XXMIT功能块既能作为读取功能，也能作为写入功能；读取功能的配置如下：参数名称类型示例注释START启动命令BOOL1上升沿启动XXMIT功能，但是在操作完成和出现错误之前必须保持为1。COMMAND命令字WORD16#2100XXMIT命令字。XXMIT的各种功能都通过命令字的bit0-bit15定义实现，与MODBUS RTU功能相关的命令字为：bit8=1：Enable modbus

21、 messaging；bit13=1：Enable RS485 mode。MSGOUT发送消息INT1.9%MW1:9定义所有Modbus主站发送的消息。MSGOUTMSGOUT1Modbus功能码INT3XXMIT支持如下功能码：01读取多个输出寄存器位(%Q)；02读取多个输入寄存器 (%I)03读取多个保持寄存器(%MW)；04读取多个输入寄存器 (%IW)05写入单个输出寄存器(%Q)06写入单个保持寄存器(%MW)15写入多个输出寄存器 (%Q)16写入多个保持寄存器 (%MW)MSGOUT2数量INT2读取或者写入的数据的数量。MSGOUT3从站地址INT3Modbus从站地址，范

22、围为1-247。0表示广播方式，并只支持写从站的功能，不支持读从站的功能。MSGOUT4从站目标区域INT3201从站寄存器的地址区域索引。MSGOUT5主站目标区域INT50主站寄存器地址区域索引。MSGLEN发出消息长度INT5发送的MODBUS消息长度，当XXMIT用做MODBUS通信时，MSGLEN始终是5。PORT端口号BYTE1PLC的MODBUS端口号，始终为1。BAUDRATE通信速率INT9600MODBUS总线的通信速率。DATABITS数据位BYTE8在ASCII模式下为7，在RTU模式下为8。STOPBITS停止位BYTE11或者2。PARITY奇偶校验BYTE20no

23、 parity；1odd；2even。RESPTOUT消息等待时间INT100MODBUS主站等待从站回应正确消息的时间，范围为0-32767msRETRYLMT允许重复次数INT3主站重复发送消息给一个主站的尝试次数。STARTDLY消息发送前等待时间INT用于PLC和Modem之间的通信，这里不用配置。ENDDLY消息发送后等待时间INT用于PLC和Modem之间的通信，这里不用配置。ACTIVE激活标志BOOL1XXMIT在处理时显示标志1。DONE完成标志BOOL1XXMIT在处理成功时显示标志1。ERROR错误标志BOOL1XXMIT在出现故障或中止时显示1。MSGIN输入消息INT

24、1.9%MW10:9Modbus输入消息；这里数据类型和MSGIN的类型一样。RECCOUT输入字符数量INT在字符模式下有效；显示接收到字符的数量。STATUS错误代码INT故障代码；代码的详细描述见Unity Pro在线帮助或本文的调试章节。RETRY重试次数INT主站接受到消息前发送消息的尝试次数。根据上表的定义，配置完成后的XXMIT如下：5.3.3 配置XXMIT的写功能步骤动作&示例1根据步骤2中的操作，配置写功能的XXMIT；写功能的XXMIT除了MSGIN中的配置与读功能的XXMIT不同之外，其他参数的配置与读功能块的配置完全相同。写功能的XXMIT的MSGIN的配置如下：参数

25、名称类型示例注释MSGOUTMSGOUT1Modbus功能码INT16XXMIT支持如下功能码：01读取多个输出寄存器位(%Q)；02读取多个输入寄存器 (%I)03读取多个保持寄存器(%MW)；04读取多个输入寄存器 (%IW)05写入单个输出寄存器(%Q)06写入单个保持寄存器(%MW)15写入多个输出寄存器 (%Q)16写入多个保持寄存器 (%MW)MSGOUT2数量INT2读取或者写入的数据的数量。MSGOUT3从站地址INT3Modbus从站地址，范围为1-247。0表示广播方式，并只支持写从站的功能，不支持读从站的功能。MSGOUT4从站目标区域INT8501从站寄存器区域地址索引

26、。MSGOUT5主站目标区域INT60主站寄存器区域地址索引。2按照上面的步骤，读取功能的XXMIT配置完毕后如下：对XXMIT功能块的详细说明，参见Unity Pro在线帮助文件。5.4 编程程序分为三个主要部分时间令牌设置：为了实现系统的可扩展性，容许带多个变频器，而在PLC的每个扫描周期最多只能有1个通信模块（XXMIT）同时处于通信激活状态，那么要控制多个变频器时，需要对变频器进行分时控制，这里设置时间令牌就是为了让多个变频器轮流通信。读写从站寄存器：使用XXMIT对变频器寄存器进行读写，且只有当此变频器拿到令牌时才能开始通信。DSP402流程：ATV71的内部状态转换都遵循DSP402流程。5.4.1 时间令牌设置为了实现系统的可扩展性，可对每个Modbus从站设置一个时间令牌，时间令牌在几个扫描周期内轮流传递的，每个通信块只有在拿到时间令牌的时候才会和从站进行通信。变量定义在Unity Pro的Elementary Variables菜单中，如下图位置：变量说明：名称类型地址值注释Token_NINT%MW13变频器令牌总数，可以根据实际扩展变频器个数的需要增加。Q_Res