Quantum与ATV71的Modbus串行通信指导.docx
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Quantum与ATV71的Modbus串行通信指导
UnityQuantum与ATV71
Modbus串行通信向导
本向导分为两部分：
1.《快速操作指南》---KnowHow,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》---KnowWhy,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
UnityQuantumModbusCommunicationwithATV71Edition:
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4
2．硬软件环境4
3.ATV71变频器设置5
3.1操作说明5
3.1.1集成显示终端5
3.1.2图形显示终端7
3.2参数设置8
3.2.1简单启动设置8
3.2.2控制方式9
3.2.3通信参数12
4.硬件连接15
5.PLC编程16
5.1硬件组态16
5.1.1组态CPU16
5.1.2组态ModbusMaster17
5.2ATV71Modbus变量说明18
5.2.1ATV71Modbus内部字18
5.2.2ATV71DSP402状态表19
5.3XXMIT主站通信功能块20
5.3.1调用XXMIT功能块20
5.3.2配置XXMIT的读功能21
5.3.3配置XXMIT的写功能23
5.4编程24
5.4.1时间令牌设置24
5.4.2读写从站寄存器25
5.4.3DSP402流程27
6.实验调试29
6.1计算机与PLC的连接29
6.2软件调试30
6.3常见通信故障31
6.3.1主站通信故障31
6.3.2ATV71从站通信故障31
7.带多台变频器32
7.1硬件连接32
7.1.1分配器模块和RJ45连接器32
7.1.2接线盒方式32
7.2软件扩展34
8.附件35
8.1UnityQuantum程序35
8.2ATV71的Modbus用户手册35
8.3ATV71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UnityQuantumPLC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
PLC
UnityQuantumP57104M
1
变频器
ATV71
1
Modbus通信电缆
RJ45接头屏蔽双绞线
2
主要软件：
UnityProV4.0。
UnityPro是施耐德电气支持Quantum，UnityQuantum，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变频器标准配置为集成显示终端，图形显示终端为可选件；>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总线状态LED
•按或并不能存储选择。
•按住或一段时间（>2s）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：
ControllerInside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UnityPremium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
3.2.2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1
ndb
通过Modbus总线给定
CTL-/CHCF
控制模式设置
SIN
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
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1－247
CON-/ND1-/tbr
通信速率
9600
4.8-4800bps;9.6-9600bps;19.2-19200
CON-/ND1-/tfo
通信格式
8E1
8O1:
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
UnityQuantum的Modbus端口为RJ45类型，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UnityQuantum和ATV71的Modbus端口，飞线端相连；系统的硬件构架和连接如下：
2
3
1
1
1
UnityQuantum的Modbus端口定义；端口为RJ45类型。
2
ATV71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UnityPro4.0完成。
UnityPro是施耐德电气支持Quantum，UnityQuantum，M340的通用编程、调试和运行的软件包。
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UnityPro，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Projectbrower中双击Configuration，打开硬件组态。
双击打开硬件组态
5.1.2组态ModbusMaster
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ModbusPort配置界面，修改如下参数。
参数
值
描述
Baud
9600bits/s
Modbus通信速率
StopBits
1
停止位
Parity
EVEN
奇偶校验
Address
1
Modbus地址
Mode
RTU
通信模式
Protocol
RS485
协议
设置完毕后点击确认按钮
进行确认。
5.2ATV71Modbus变量说明
在UnityQuantumPLC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。
5.2.1ATV71Modbus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
3201
ETA
状态字
3202
rFr
输出频率
写入变量
8501
CMD
控制字
8502
LFR
频率给定
对ATV71变频器实现Modbus通信控制的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＝0
Bit5
快速停动
保留＝0
Bit6
通电被禁止/动力部分线电源被禁止
保留＝0
Bit7
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＝0
Bit10
达到目标/达到给定
保留＝0
Bit11
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键停止
可分配的
Bit15
转动方向
可分配的
5.2.2ATV71DSP402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
5.3XXMIT主站通信功能块
在UnityQuantum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FFBTYPE中输入XXMIT或者点击右边的浏览按钮在目录Library－Communication中选择XXMIT。
点击进入功能块库，选择LibsetV4.0－Communication－XXMIT
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
BOOL
1
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
WORD
16#2100
XXMIT命令字。
XXMIT的各种功能都通过命令字的bit0-bit15定义实现，与MODBUSRTU功能相关的命令字为：
bit8=1：
Enablemodbusmessaging；bit13=1：
EnableRS485mode。
MSGOUT
发送消息
INT[1..9]
%MW1:
9
定义所有Modbus主站发送的消息。
MSGOUT
MSGOUT[1]
Modbus功能码
INT
3
XXMIT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）
MSGOUT[2]
数量
INT
2
读取或者写入的数据的数量。
MSGOUT[3]
从站地址
INT
3
Modbus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。
MSGOUT[4]
从站目标区域
INT
3201
从站寄存器的地址区域索引。
MSGOUT[5]
主站目标区域
INT
50
主站寄存器地址区域索引。
MSGLEN
发出消息长度
INT
5
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
BYTE
1
PLC的MODBUS端口号，始终为1。
BAUDRATE
通信速率
INT
9600
MODBUS总线的通信速率。
DATABITS
数据位
BYTE
8
在ASCII模式下为7，在RTU模式下为8。
STOPBITS
停止位
BYTE
1
1或者2。
PARITY
奇偶校验
BYTE
2
0－noparity；1－odd；2－even。
RESPTOUT
消息等待时间
INT
100
MODBUS主站等待从站回应正确消息的时间，范围为0-32767ms
RETRYLMT
允许重复次数
INT
3
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
BOOL
1
XXMIT在处理时显示标志1。
DONE
完成标志
BOOL
1
XXMIT在处理成功时显示标志1。
ERROR
错误标志
BOOL
1
XXMIT在出现故障或中止时显示1。
MSGIN
输入消息
INT[1..9]
%MW10:
9
Modbus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UnityPro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
名称
类型
示例
注释
MSGOUT
MSGOUT[1]
Modbus功能码
INT
16
XXMIT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）
MSGOUT[2]
数量
INT
2
读取或者写入的数据的数量。
MSGOUT[3]
从站地址
INT
3
Modbus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。
MSGOUT[4]
从站目标区域
INT
8501
从站寄存器区域地址索引。
MSGOUT[5]
主站目标区域
INT
60
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UnityPro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UnityPro的ElementaryVariables菜单中，如下图位置：
变量说明：
名称
类型
地址
值
注释
Token_N
INT
%MW1
3
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
升级会员 