变频器调速系统的设计与实现.doc

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1、作者：上海交通大学机电控制研究所周国祥摘要：本文对MODBUS总线在变频调速控制系统中的应用进行了探讨。介绍了MODBUS通信协议的基本规范，简述了电机控制系统中的变频调速技术。以安川VS606-V7变频器和单片机89S52为基础，开发了基于MODBUS通信的变频调速系统，并说明了该系统的硬件组成和相关软件开发。关键词：MODBUS变频调速控制系统引言现代工业自动控制系统朝智能化、网络化和开放式结构的方向发展。利用现场总线技术，将符合同一标准的各种智能设备统一起来，彻底实现整个监测系统的分散控制，将提高系统集成度和数据传输效率、延长有效控制距离，并有利于提高系统抗干扰性能和扩展系统功能。在设

2、备的底层控制中，变频调速已成为现代电机控制技术的重要发展方向。如果把总线通信与变频控制技术统一起来，将推动交流电机群控技术以及设备远程监控技术的发展。MODBUS作为一种通用的现场总线，已经得到很广泛的应用，很多厂商的工控器、PLC、变频器、智能I/O与A/D模块具备MODBUS通讯接口。本文在阐述MODBUS通信协议的基础上，构建了基于MODBUS的变频调速控制系统，并探讨了该系统在月饼自动包陷生产线上的应用。1MODBUS总线控系统的技术特征MODBUS通讯协议是一种工业现场总线通讯协议，它定义的是一种设备控制器可以识别和使用的信息帧结构，独立于物理层介质，可以承载于多种网络类型中。MO

3、DBUS协议把通信参与者规定为“主站”（Master）和“从站”（Slave），数据和信息的通信遵从主/从模式，当它应用于标准MODBUS网络时，信息被直接传送。MODBUS总线网络中的各个智能设备通过异步串行总线连接起来，只允许一个控制器作为主站，其余智能设备作为从站。采用命令/应答的通信方式，主站发出请求，从站应答请求并送回数据或状态信息，从站不能够自己发送信息。MODBUS协议定义的各种信息帧格式，描述了主站控制器访问从站设备的过程，规定从站怎样做出应答响应，以及检查和报告传输错误等。网络中的每个从设备都必须分配给一个唯一的地址，只有符合地址要求的从设备才会响应主设备发出的命令。由于M

4、ODBUS总线系统开发成本低，简单易用，并且现在已有很多工控器、PLC、变频器、显示屏等都具有MODBUS通信接口，所以它已经成为一种公认的通信标准。通过MODBUS总线，可以很方便地将不同厂商生产的控制设备连成工业网络，进行集中监控。MODBUS最初为PLC通信而设计，它通过24种总线命令实现PLC与外界的信息交换。这些总线命令对应的通信功能主要包括AI/AO、DI/DO的数据传送。但不是很多MODBUS设备的控制只使用其中的几条命令，对其余命令不做反应。1.1MODBUS通信格式MODBUS协议定义了两种传输模式，即RTU(RemoteTerminalUnit)和ASCII。在RTU模式

5、中，1字节的信息作为一个8位字符被发送，而在ASCII模式中则作为两个ASCII字符被发送，如发送字符“20”时，采用RTU模式时为“”，然而采用ASCII模式则成为“”＋“”（ASCII字符的“2”和“0”）。可见，发送同样的数据时，RTU模式的效率大约为ASCII模式的两倍。一般来说，数据量少而且主要是文本时采用ASCII；通信数据量大而且是二进制数值时，多采用RTU模式。主站一次可向一个或所有从站发送通信请求（或指令），主设备通过消息帧的地址域来选通从设备。主站发送的消息帧的内容和顺序为：从站地址、功能码、数据域（数据起始地址、数据量、数据内容）、CRC校验码；从站应答的信息内容和顺序

6、与主站信息帧基本相同。MODBUS除了定义通信功能码之外，同时还定义了出错码，标志出错信息。主站接收到错误码后，根据错误的原因采取相应的措施。从站应答的数据内容依据功能码进行响应，例如功能代码03要求读取从站设备中保持寄存器的内容。1.2CRC校验的实现MODBUS通信的RTU模式中，规定信息帧的最后两个字节用于传递CRC（CyclicRedundancyCheck，循环冗余校验）码。发送方将信息帧中地址域、功能码、数据域的所有字节按规定的方式进行位移并进行XOR（异或）计算，即可得到2字节的CRC码，并把包含CRC校验码的信息帧作为一连续的流进行传输。接收方在收到该信息帧时按同样的方式进行

7、计算，并将结果同收到的CRC码的双字节比较，如果一致就认为通信正确，否则认为通信有误，从站将发送CRC错误应答。RTU模式一般采用CRC-16冗余校验方法，CRC-16的校验码为16位（2字节），其中低字节在前，高字节在后。实现CRC校验有两种方法：根据CRC校验的定义公式进行计算，或者在程序中建立CRC校验值表。在程序中使用前者更容易实现，这里需要使用CRC生成多项式X16＋X15＋X2＋1。该多项式对应的