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1、施耐德技术服务中心 Twido 与 ATV31 的 Modbus 串行通讯控制 1 Twido与 ATV312 Modbus串行通讯控制 Modbus通讯控制命令、AO 模块给定速度 Twido Modbus Serial Communication with ATV312 Edition:2011-6 施耐德技术服务中心 Twido 与 ATV31 的 Modbus 串行通讯控制 2 目录 1. 实验简介 . . 3 2. 实验环境 . . 3 2.1 硬件环境 3 2.2 软件环境 4 3. 硬件连接 . . 4 3.1 Twido与变频器的通讯连接. 4 3.2 Twido与变频器的端子
2、连接. 6 4. ATV312 变频器设置 . 7 4.1 操作说明 7 4.2 主要参数设置 7 4.2.1 恢复出厂设置 9 4.2.2 电机参数 9 4.2.3 控制方式 . 10 4.2.4 通讯参数 . 12 5. PLC 编程 . 13 5.1 Modbus 协议简介 . 13 5.2 交换数据表. 14 5.3 ATV312 参数说明 . 15 5.3.1 读写变量 . 15 5.3.2 状态字 . 16 5.3.3 控制字 . 16 5.3.4 特殊 DRIVECOM 参数 16 5.4 DRIVECOM流程 . 17 5.5 TwidoSoft软件的配置 18 5.6 Twi
3、do软件编程语句介绍 20 5.6.1 EXCHx 指令 . 21 5.6.2 %MSGx 功能块 . 21 5.7 程序的分步讲解 . 22 5.7.1 一台 PLC与一台变频器通讯. 22 5.7.2 一台 PLC与多台变频器通讯. 24 6. 实验调试 . 27 6.1 计算机和PLC连接 . 27 6.2 交换数据表对照 . 27 6.3 动态变量表的读和写 . 28 6.4 ATV312 常见通讯故障. 29 7系统扩展 . 30 7.1 分配器模块和RJ45连接器 . 30 8. 附件 . 30 8.1 参考程序. 31 8.1.1 Port2口做通讯 . 31 8.1.2 Por
4、t1口做通讯 . 31 施耐德技术服务中心 Twido 与 ATV31 的 Modbus 串行通讯控制 3 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 ATV312变频器为例，简要介绍PLC与变频器之间modbus串行通讯的过程，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ATV312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远程通讯控制变频器启停，模拟量模块端子给定频率的情况，关于端子 控制和 modbus通讯控制的其他几种混合使用的情况，以及
5、其他施耐德PLC ，如 Premium，Quantum 与 ATV312的 modbus串行通讯，将在本书的其他文章中介绍。 2. 实验环境 2.1 硬件环境 主要硬件如下： 类型型号数量参考图片 电源24V 开关电源1 PLC Twido PLC TWDLMDA20DRT(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ATV312 1 Modbus通 讯电缆 8 针 MiniDIN 圆头线1 RJ45 接头屏蔽双绞线1 施耐德技术服务中心 Twido 与 ATV31 的 Modbus 串行通讯控制 4
6、 2.2 软件环境 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 与变频器的通讯连接 A B G D+ D- 公共 1 2 3 4 5 6 7 8 CAN_H CAN_L CAN_GND D1 D0 不连10V 公共 1 2 3 4 5 6 7 8 D+ D- 不连/DE DPT 不连0V 5V 5 1 2 3 4 4 6 6 施耐德技术服务中心 Twido 与 ATV31 的 Modbus 串行通讯控制 5 TSXPCX10312-C 转接块的拨码拨到2 TWDLMDA20DRT Twido PLC CPU 模
7、块 TWDNOZ485T Twido MiniDin 485扩展模块 Port1 8针圆头 RJ45接头 Port2 485端子通讯扩展口 Port1 口通讯电缆制作图 Port2 口通讯电缆制作图 1 2 3 4 5 6 7 8 7 8 施耐德技术服务中心 Twido 与 ATV31 的 Modbus 串行通讯控制 6 3.2 Twido 与变频器的端子连接 在4.2.4 控制方式对 ATV312变频器做编程，如下： 配置给定1/Fr1 设置为AI1 ；频率给定由AI1 输入给定。 ATV312的配置给定AI1 端子接线如下： COM 为 0V公共端， 10V为内部 10VDC ；AI1 接
8、收电压输入0 10V 线性对应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0HSP 0HZ SetLSP HSP 高速，最大给定值时的电机频率LSP-tFr bFr SetHSP bFr 标准电机频率50HZ DrCbFr tFr 最大输出频率10500HZ 60HZ DrCtFr 1 1 注意本实验是以一个AO 模块为例作为ATV31 的模拟输入，实际应用过程中可以用其 他线性模拟输出设备作为ATV31 的模拟输入，如电位机，信号发生器等。 施耐德技术服务中心 Twido 与
9、 ATV31 的 Modbus 串行通讯控制 7 在工厂设置状态下，010V输入对应050HZ 。详细说明可参照ATV312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ATV312的安装手 册。 4. ATV312 变频器设置 4.1 操作说明 ATV312的前面板说明如下： ATV312操作面板 主要操作规则： 旋转导航键对菜单进行浏览，不会对选定项进行存储； 存储选定项，按导航（ENT ）键，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
10、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。 施耐德技术服务中心 Twido 与 ATV31 的 Modbus 串行通讯控制 8 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，如果接中文面板，请参阅ATV312编程手册中故障处理一节。 任何初始显示状态下，均可以先按Mode键进入 rEF 菜单，然后旋转导航键找到需要设置菜单。 4.2 主要参数设置 ATV312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。 施
11、耐德技术服务中心 Twido 与 ATV31 的 Modbus 串行通讯控制 9 4.2.1 恢复出厂设置 ATV312上电后，如果用户对液晶显示未知，或者变频器设置未知，可以先恢复出厂设置。 如果变频器已经设置过，且不需要恢复出厂设置，请跳过本小节，从4.2.2 电机参数开始进行参 数的设置和检查。 恢复出厂设置操作如下： 恢复出厂设置的电机，上电后显示ready ，按照先后顺序，分别做如下设置。 4.2.2 电机参数 电机参数设定步骤如下： 参数路径参数说明值功能描述 drC-Frs 电机额定频率50 根据电机的铭牌设置，范围10-500HZ drC-nCr 电机额定电流1.2 根据电机的
12、铭牌设置，范围0.25-1.5倍变频器额定电流 drC-nSP 电机额定速度1400 根据电机的铭牌设置，范围0-32760RPM 电机额定频率设定如下；本例中电机的额定频率为50，与出厂设置相同，所以采用出厂设置即 可；读者根据实际情况按照电机铭牌上的额定频率进行设定。 参数路径参数说明值功能描述 drC-Fcs 返回工厂设置InI No:功能未被激活；InI:恢复工厂设置，此功能被执行后，Fcs 又自动回复到nO状态。 施耐德技术服务中心 Twido 与 ATV31 的 Modbus 串行通讯控制 10 电机额定电流设置 电机额定转速设置 4.2.3 控制方式 如果采用端子启停，Modbu
13、s通讯控制速度，ATV312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1 AI1 模拟输入 AI1 CTL-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1 Ndb Cd1菜单只有在LAC=L39.6-9600bps;19.2-19200 CON-tfo 通讯格式8n1 8O1:8 个数据位 , 奇校验 ,1 个停止位 8E1:8 个数据位 , 偶校验 ,
14、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 通讯速率设置 施耐德技术服务中心 Twido 与 ATV31 的 Modbus 串行通讯控制 13 通讯格式设置 注意 设置完毕后，关闭ATV312电源再重新上电，参数才生效！ 5. PLC 编程 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和编程器之间通讯的协议，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
15、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 ) 异步串行通讯协议，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。 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 ) Modbus 的
16、协议中有两种传输方式： 施耐德技术服务中心 Twido 与 ATV31 的 Modbus 串行通讯控制 14 ?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 (Lo ngitudinal 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Modb
17、us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0 01(发送 / 接收 ) 06( 发送长度 ) * 1 03(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 ) 6 00(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
18、( 功能码 16) 表索引高字节低字节 控制表0 01(发送 / 接收 ) 8(2N)发送长度 1 00(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N 5 00(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 施耐德技术服务中心 Twido 与 ATV31 的 Modbus 串行通讯控制 15 有多条 EXCH指令时，要使用分时控制 5.3 ATV31
19、2 参数说明 5.3.1 读写变量 读出变量 地址代码说明 3203 FRH 给定频率 3202 RFR 电机输出频率 3207 ULN 线电压 7121 LFT 上一次故障 3201 ETA DRIVECOM 状态字 写入变量 地址代码说明 8501 CMD DRIVECOM 命令字 8502 LFR 在线给定频率 8504 CMI 内部控制寄存器 11920 RPI PI 调节器内部设定点 9623 UFR IR 补偿 施耐德技术服务中心 Twido 与 ATV31 的 Modbus 串行通讯控制 16 5.3.2 状态字 状态字 ETAD(W8603) 或 CMD(W3201) Bit0
20、 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 Bit8 0 Bit9 线性控制 Bit10 达到给定值 Bit11 超过给定值 Bit12 0 Bit13 0 Bit14 按 STOP键停止 Bit15 旋转方向 5.3.3 控制字 控制字 ETAD(W8603) 或 CMD(W3201) Bit0 接通 Bit1 电压无效 Bit2 快速制动 Bit3 允许操作 Bit4 0 Bit5 0 Bit6 0 Bit7 故障复位 Bit8 0 Bit9 0 Bit10 0 Bit11 正传 / 反转
21、Bit12 斜坡制动 Bit13 注入制动 Bit14 快速制动 Bit15 0 5.3.4 特殊 DRIVECOM 参数 特殊”DRIVECOM”参数 地址代码说明 8606 ERRD 故障代码 ( 写保护 ) 8601 CMDD 命令字 8603 ETAD 状态字 ( 写保护 ) 8602 LFRD 给定转速 8605 FRHD 带符号输出转速( 写保护 ) 8604 RFRD 无符号输出转速( 写保护 ) 施耐德技术服务中心 Twido 与 ATV31 的 Modbus 串行通讯控制 17 5.4 DRIVECOM 流程 ATV312的 DRIVERCOM 流程 ETA=16#*40 A
22、TV 锁定 接通禁止 ETA=16#*8 ATV 故障 功能失常 故障？ 否 CMD=16#0080 故障消失，复位 nSt ETA=16#*21 ATV 等待 禁止电压 CMD=16#0007 接通 CMD=16#0006 停车 CMD=16#0002 快速停车 或 nSt ETA=16#*23 ATV 就绪 接通 CMD=16#0006 停车 CMD=16#0000 禁止电压 CMD=16#*F 激活运行 CMD=16#0007 禁止运行 rUn,rdY ETA=16#*27 ATV 运行 运行激活 是 rdY ,dCb ETA=16#*07 紧急停车 快速停车激活 电机停车 修改配置参数
23、 或 CMD=16#0000 禁止电压 CMD=16#000B 快速停车 电机停车 修改配置参数 或 CMD=16#0000 禁止电压 终端上 STOP 键 或 CMD=16#*F 激活运行 CMD=16#0006 停车 电机停车 修改配置参数 或 CMD=16#0000 禁止电压 终端上 STOP 键 或 上电 施耐德技术服务中心 Twido 与 ATV31 的 Modbus 串行通讯控制 18 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TWDLMDA20DRT 3 选择一个RS485的扩展端口用于与AT
24、V312进行通讯 4 选择 TWDNOZ485T,8 针 miniDIN 连接头的扩展模块 施耐德技术服务中心 Twido 与 ATV31 的 Modbus 串行通讯控制 19 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 为通讯端口，配置如下，且与变频器端的设置一致 Port2 通讯端口 Port1 编程端口 施耐德技术服务中心 Twido 与 ATV31 的 Modbus 串行通讯控制 20 步骤动作 &示例 8 添加模拟量模块TWDAMM3HT 9 选择 TWDAMM3HT混合模块 10 配置 TWDAMM3HT模块 11 配置
25、TWDAMM3HT的模拟量输出通道为010V 5.6 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。 施耐德技术服务中心 Twido 与 ATV31 的 Modb
26、us 串行通讯控制 21 5.6.1 EXCHx 指令 发送 /接收报文；其中x 为通讯端口号(1 或 2) EXCHx %MWi:L （ i + L 22 5.7 程序的分步讲解 5.7.1 一台 PLC与一台变频器通讯 施耐德技术服务中心 Twido 与 ATV31 的 Modbus 串行通讯控制 23 施耐德技术服务中心 Twido 与 ATV31 的 Modbus 串行通讯控制 24 5.7.2 一台 PLC与多台变频器通讯 施耐德技术服务中心 Twido 与 ATV31 的 Modbus 串行通讯控制 25 施耐德技术服务中心 Twido 与 ATV31 的 Modbus 串行通讯控
27、制 26 施耐德技术服务中心 Twido 与 ATV31 的 Modbus 串行通讯控制 27 6. 实验调试 本实验中变频器带小电机驱动风扇进行测试，因此负载使用安全。 6.1 计算机和 PLC连接 连接图如下： TSXPCX10312-C电缆的圆头与Twido PLC 的圆口连接 TSXPCX10312-C转换器拨号到2 TSXPCX10312-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ATV312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
28、( 低位字节 ) 说明 MW0 01 06 发送接收： 01；发送长度： 06( 字节 ) MW1 03 00 接收偏移： 03；发送偏移： 00 MW2 01 03 从站地址： 02；命令代码： 03( 读变量 ) MW3 0c 81 起始变量： 160c81(W3201) MW4 00 01 数据长度： 1 字 MW5 01 03 从站地址： 02；命令代码： 03 MW6 00 02 接收偏移值： 00；接收到的字节数：2 MW7 00 00 读到的寄存器值 从 站 返 回 值 注意在实际应用过程中，在PLC进行通讯测试之前，请用户确保： 1 如果带有电机负载和机械负载，确保电机的启动和
29、运行不会对实际 生产造成影响；否则请降低测试频率或断开负载。 2 如果没有电机负载或负载较小，确保电机缺相故障已经被禁止。电 机缺相故障禁止的设置请参照4.2.3 控制方式中的说明。 1 2 3 1 2 3 施耐德技术服务中心 Twido 与 ATV31 的 Modbus 串行通讯控制 28 写变量值( 高位字节 ) 值( 低位字节 ) 说明 MW50 01 0C 发送接收： 01；发送长度： 12( 字节 ) MW51 00 07 接收偏移： 00；发送偏移： 07 MW52 01 10 从站地址： 02；命令代码： 16( 写变量 ) MW53 21 35 起始变量： 162135(W85
30、01) MW54 00 02 数据长度： 2 字 MW55 00 04 发送偏移值： 00；写的字节数： 04 MW56 00 00 写入变量值1：W8501 MW57 00 00 写入变量值2：W8502 MW58 01 10 从站地址： 01；命令代码： 16( 写变量 ) MW59 21 35 起始变量： 162135(W8501) MW60 00 02 数据长度： 2 字 6.3 动态变量表的读和写 从 站 返 回 值 频率的换算如下 2000/4096=X/50Hz X25Hz 施耐德技术服务中心 Twido 与 ATV31 的 Modbus 串行通讯控制 29 6.4 ATV312
31、 常见通讯故障 出现通讯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)通讯故障，通讯故障之后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SLF 约 10 秒后停止输出 检查并恢复硬件线路通讯自动恢复，显示故 障，需要复位 PLC断电SLF 约 10 秒后停止输出PLC重新热启动通讯自动恢复，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 通讯自动恢复，显示故 障，需要复位 PLC
32、冷启动nSt 立即停止输出，变频器 复位 PLC冷启动通讯自动恢复 CPU停止运行SLF 约 10 秒后停止输出PLC启动通讯自动恢复，显示故 障，需要复位 10 秒为 ATV312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 ATV312 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ATV312变频器的故障原因解决方
33、案，请参照8.1.3 ATV312 编程手册的故障原 因解决方案章节。 1 1 1 施耐德技术服务中心 Twido 与 ATV31 的 Modbus 串行通讯控制 30 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分支模块LU9 GC3 2，modbus分支电
34、缆VW3 A8 306R* 3，Modbus T 形连接器VW3 A8 306TF* 4，线路终端器VW3 A8 306RC或线路终端器VW3 A8 306R 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 306RCVW3 A8 306RC 8. 附件 注意对于使用多台变频器的系统，为保证系统通讯稳定，建议客户 使用施耐德的标准modbus扩展设备 施耐德技术服务中心 Twido 与 ATV31 的 Modbus 串行通讯控制 31 8.1 参考程序 8.1.1 Port2口做通讯 port2口通讯一台 PLC与一台变频器通讯 port2口通讯一台 PLC与多台变频器通讯 8.1.2 Port1口做通讯 port1口通讯一台 PLC与一台变频器通讯 port1口通讯一台 PLC与多台变频器通讯