1、第 11 卷 第 4 期 广东轻工职业技术学院学报 Vol11 No42012 年 12 月 JOURNAL OF GUANGDONG INDUSTRY TECHNICAL COLLEGE Dec 2012收稿日期: 2012 11 03作者简介: 杨 帆( 1980) ，男，助理工程师 。基于 RS485 的小型 PLC ModBus 总线通信与实现杨 帆( 广东省职业技能鉴定指导中心，广东 广州 510115)摘 要: ModBus 作为一种开放式通信协议，愈来愈多地被小型 PLC 厂家选用，并逐渐成为产品的标准配置之一 。首先介绍了汇川 H2U 系列 PLC 的 ModBus 总线通信技
2、术，然后给出了实现 H2U PLC 与 MD320 变频器 ModBus 总线通信的硬件连接 、变频器参数设置以及 PLC 通信程序 。实际应用表明该方案工程实现容易 、性价比高 。关键词: PLC; Modbus 协议; RS485 总线; 变频器中图分类号: TN773 文献标识码: A 文章编号: 1672-1950( 2012) 04-0020-04小型 PLC 具有简单易用 、稳定可靠 、性价比高等优点，现已成为替代继电器或单片机实现单机自动化的首选方案 。但是近年来，随着工厂信息化进程的不断深入，自动化设备不再仅仅是单机 、单站的控制，通信联网 、集中监控成为一种趋势 。于是，小型
3、 PLC 自组网能力弱的不足日益凸显，并在一定程度上制约了其在现代工业领域的应用 。Modbus 协议是一种控制器之间以及控制器经由网络与其它设备之间进行通信的协议 。该协议定义的是控制器能够识别和使用的消息结构，而没有规定物理层，可在标准的 Modbus 和其它类型的网络( 例如 RS485 总线 、以太网) 上传输 。过去的几年里，国内外 PLC 生产厂家针对应用市场的需求，先后推出了基于 Modbus 协议的小型 PLC 总线通信解决方案，如西门子 S7 200 新增了 Modbus 通信库，三菱则在新推出的 FX3U 系列 PLC 集成了 Modbus通信功能 。国内知名的自动化系统解
4、决方案提供商 深圳汇川公司则将 Modbus 协议通信功能作为其产品标准配置，封装在其 PLC、变频器 、伺服驱动器 、人机界面等产品中，给用户提供了一种便捷的Modbus 总线通信解决方案 。1 汇川 H2U PLC 的 Modbus 通信功能H2U 系列 PLC 是深圳汇川控制技术有限公司推出的新一代高性能小型 PLC，与同类型 PLC 相比，不但具有运算速度快 、高速信号处理能力强 、用户程序容量大( 可达 24K 步) 等优点，而且还具有强大的通信功能，支持的通信模式与协议包括:( 1) 多种 PLC 并机通信协议，如 1: 1、N: N 通信;( 2) 支持市售的各种 HMI、组态软
5、件的串口通信协议，可直接联机;( 3) 内置 Modbus RTU/ASC 主 、从协议，通过PLC 自带的 RS485 通信端口连接;( 4) CAN LINK 总线可高速访问外部主模块 、远程模块 、变频器 、伺服及其他智能设备;( 5) 全面支持 CC LINK 总线，配有 CC LINK主 、从站模块 。每台 H2U PLC 均配备了两个串行通信硬件端口: COM0 和 COM1，并均支持 Modbus RTU/ASC主 、从协议( 其中 COM0 可通过切换跳线改变端口的协议功能) 1。根据应用需求的不同， PLC 可与变频器 、伺服驱动器 、智能仪表等现场设备组成不同结构的控制网络
6、 。图 1 所示的是 H2U PLC 支持的两种 Modbus RS485 总线组网方案 。第 4 期 杨 帆: 基于 RS485 的小型 PLC ModBus 总线通信与实现 21图 1 H2U PLC 支持的两种 Modbus RS485 总线组网方案2 PLC 与变频器的 Modbus 主从通信与传统的 I/O 端子连接相比， PLC 与变频器的通信链接不但具有成本低 、接线少 、可靠性高等优点，而且还能实现更多实时数据的双向交换 。PLC既能向变频器写入启停 、调速等控制指令，又能在线读取变频器的运行电流 、运行频率以及报警信息等，提升了系统的交互性与智能化水平 。按图 1( a) 连
7、接 H2U PLC 与 MD320 变频器的RS485 串行通信端子，此时 PLC 是 Modbus 主站，变频器是 Modbus 从站，站号为 2。要建立二者的 Mod-bus 协议通信，还需设置变频器的通信参数和编写PLC 的 Modbus 主站通信程序 。21 MD320 变频器通信参数设置MD320 变频器采用的是标准 Modbus RTU 协议，默认通信数据格式为: 8 位数据位 、无校验位 、2位停止位 1。参数设置如表 1 所示:表 1 MD320 变频器通信参数序号 MD320 功能码 出厂值 设定值 说明1 F0 02 1 2 命令源选择: 串行通信口2 F0 03 1 9
8、主频率源选择: 通信给定3 FD 00 5 5 通信速率: 5 = 9600bit/s4 FD 01 0 0 数据格式: 8， N， 25 FD 02 1 2 本机地址: 26 FD 03 2 2 应答延时: 2ms7 FD 04 00 05 通信超时时间: 05s8 FD 05 1 0 通信协议选择: 标准 Modbus 协议22 PLC Modbus 通信程序PLC 控制变频器运行的 Modbus 通信程序流程如图 2 所示 。程序包括两大部分: 一是通信端口初始化; 二是 PLC 与变频器的数据读写 。22 广东轻工职业技术学院学报 第 11 卷图 2 PLC 与变频器 Modbus 主
9、从通信程序流程图( 1) 通信端口初始化H2U 系列 PLC 的系统软件内已封装了 Modbus协议，编程时只需对系统寄存器 D8126、D8120 赋相应的值，便可配置 COM1 的通信协议类别 、通信模式 、通信速率与通信数据格式 。 2D8126 = H20 时，COM1 工作模式: 半双工; 通信协议: Modbus RTU 主站 。 3此时 RS 指令将转换为 Modbus 主站通信模式，指令运行时系统会自动计算 CRC 校验码，组织信息帧，完成数据发送 、应答接收等操作 。根据变频器设置的通信速率( 9600bit/s) 与通信数据格式( 8，N， 2) ， D8120 的设定值为
10、 H0089。图 3 PLC 与变频器 Modbus 主从通信程序( 部分)第 4 期 杨 帆: 基于 RS485 的小型 PLC ModBus 总线通信与实现 23( 2) PLC 与变频器的数据读写PLC 与变频器的数据读写程序包括两部分: 一是 PLC 读取变频器的运行参数，包括运行频率 、工作电流 、报警代码等，用于在人机界面上监视变频器的运行状态; 另一部分是 PLC 向变频器发送数据，用于调节变频器运行频率与控制变频器的工作状态( 正转 、反转 、停止等) 。考虑工业控制系统对监控参数读取与控制命名发送实时性要求的不同，前者采用定时器触发而后者则在每个程序循环周期执行，同时也加快了
11、程序的循环周期 。编程时，每个 RS 指令( Modbus 主站通信模式)的前面，要对从站地址 、操作命令类别( 读或写) 、寄存器起始地址 、数据个数 、接受或发送数据存放起始地址等各操作数单元进行赋值 。多个 RS 指令连续执行时， PLC 是将前一个 RS 指令的 Modbus 通信进行完毕后，再对下一个 RS 指令进行处理，设计者无需担心其执行的时序与过程，简化了 PLC 的程序设计 。3 结语基于汇川 H2U PLC 内置集成的 Modbus 通信协议，作者极为方便地建立汇川 H2U PLC 与 MD320变频器的 RS485 总线通信，并进一步实现了图 1( a)所示的 “PLC(
12、 主站) PLC( 主站) 变频器 ”的总线通信 。目前，该解决方案已成功应用于广东省可编程序控制系统设计师( 三级) 实训 /考核设备 。实际应用表明: 与西门子 、三菱等众多国外公司提供的小型 PLC 组网解决方案相比，汇川 H2U PLC 的 Modb-us RS485 总线通信，具有组网灵活 、开放性强( 还可与其它品牌的 Modbus 智能产品联机) 、程序开发技术难度小 、性价比高等优点，是较为符合中国国情的 、并适用于中小型工业自动化装备的一种 PLC 网络控制系统解决方案 。参考文献: 1 肖明耀，宋建 汇川 PLC 应用技能实训 M 北京: 中国电力出版社， 2011 2 宋
13、建，瞿金平，文生平 BR PCC 与触摸屏基于 Modb-us 协议的串口通信 J 机械与电子， 2007( 2) : 44 45 3 深圳市汇川控制技术有限公司 H2U 系列可编程控制器指令及编程手册 S 2010 4 深圳市汇川技术股份有限公司 MD320 系列通用变频器用户手册 S 2009 5 王书根，王振松，刘晓云 Modbus 协议的 RS485 总线通讯机的设计及应用 J 自动化与仪表， 2011( 5) : 25 28 6 顾波飞，赵伟杰，吴开华 基于 Modbus 协议的单片机与触摸屏通信设计 J 机电工程， 2012， 29( 1) : 104 107 7 张桂，金国强，李
14、辉 基于 ARM 平台 Modbus RTU 协议的研究与实现 J 电力科学与工程， 2011， 27( 1) : 2327 8 邓志君，梁松峰 基于 RS485 接口 Modbus 协议的 PLC与多机通讯 J 微计算机信息， 2010， 26( 3 2) : 107108责任编辑: 王丽婷Bus Communication and Achieve of the Small PLC ModBus Based on RS485YANG Fan( Guangdong Occupational Skill Testing Authority， Guangzhou 510115， China)Abs
15、tract: ModBus is increasing to choose by small PLC manufacturers as an open communication protocol， and be-coming to one of the standard configuration of the product Firstly the paper introduces bus communication technolo-gy of inovance H2U series PLC ModBus， and then achieves hardware connection、inverters parameter settings andPLC communication program of the H2U PLC and MD320 inverter ModBus bus communication Practical applica-tion shows that the program works easily and cost effectivlyKey words: PLC; Modbus protocol; RS485 bus; inverter
