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时间:2021-01-28
《变频器调速系统的设计与实现.doc》由会员上传分享,免费在线阅读,更多相关内容在应用文档-天天文库。
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
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