基于MODBUS总线伺服电机运动控制方案

1、基于MODBUS总线伺服电机运动控制方案 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。在运动控制中，伺服电机以其响应速 度快，控制精准等优点以被更多的客户所选用。如果把总线通信与伺服控制技术统一起来，将推动运动控 制技术以及设备远程监控技术的发展。 MODBUS为一种通用的现场总线，已经得到很广泛的应用，很多厂 商 PLC、智能 I/O与 A/D模块具备 MODBUS讯接口。本文在阐述 M

2、ODBU信协议的基础上，构建了基于 MODBUS伺服电机运动控制。 1 MODBUS、线控系统的技术特征 MODBUS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。MODBUS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 MODBUSJ络时，信息被直接 传送。MODBUS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

3、据或状态信息， 从站不能够自己发送信息。MODBUS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 MODBUS线系统开发成本低，简单易用，并且现在已有很多工控器、PLC、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

4、。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 备的控制只使用其中的几条命令， 对其余命令不做反应。 1.1 MODBUS 信格式 MODBUS议定义了两种传输模式，即 RTU （Remote Terminal Unit ）和 ASCII。在 RTU模式中，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式时为“ 00100000,然而采用 ASCII模式则成为“ 00110010 + “00110000 （ ASCII字符 的“2”和“0”）。可见

5、，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。 教据格式二 教露K地址码 功能码 1字节 津做膈 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）、 CRO验码；从站应答的信息内容和顺序与主站信息帧基本相同。 MODBUS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

6、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。 MODBUS分功能码 功能码 定义 操作（二进制） Q2 读开关量输入 读取一院戴多路开关量状态输入散掂 01 读并关量输出 读取一路或多路开关量输出状态数据 03 读寄存器数据 读取 T 个或多个寄存器的数据 05 写开关量输出 控制一路继电器合/分输出 06 写单路寄存器 把一垣二进制数据写入单个寄存器 10 写多路寄存器 把秀*日1徘制熟new X名个幕淳盟 elecfans com 专3或貌丘 1.2 CRC校验的实现 MODBUS信的 RTU式中，规定信息帧的最后两个字节用于传递 CRC（C

7、yclic Redundancy Check,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计算， 并将结果同收到的 CRC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 CRCt 误应答。 RTU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 CRO验有两种方法：根据 CRC验的定义公式进行计算，或者在程序中建

8、立 CRO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。该多项式对应的码组系 数为18005H （16进制） ，去除最高 位，对应的16位余数为8005H,即为 CRC-16常数。CRC-16校验过程 如下：将CRC存器的每一位预置为 1;把该寄存器值与 8bit的信息帧数据进行异或，结果存于该寄存 器；对 CRC存器从高到低进行移位，在最高位（ MSB的位置补零，而最低位（LSB,移位后已经被移出 CRC存器）如 果为 1,则把寄存器与 CRC-16常数进行异或，否则如果 LSB为零，则无需进行异或。重复 上述的由高至低的移位 8次，

9、第一个 8bit数据处理完毕，用此时寄存器的值与下一个 8bit数据异或并进 行如前一样的 8次移位。所有的字符处理完成后 CRC存器内的值即为最终的 CRC直。CRCf加到消息中 时，先 加入低字节，然后高字节。 1.3链路特征 MODBUS准的物理层可以采用 RS-232串行通信方式，但在长距离 通信中常采用 RS-422或 RS-485代 替。在多点通信情况下只采用 RS-485方式，所以 RTU模式下的 MODBUS 统采用屏蔽双绞线，通信距离可 达 1000m 一条总线上最多可配置 31个从站设备。传输线上的信息交换是半双工的，即同时只能有一台设备 允许发送信息，主站在发送下一条指令

10、之前等待从 站回应，从而避免了线路的冲突。 RTU 莫式的传输格式是 1 个数据位，2 个停止位，没有奇偶校验位。通信数据安全由控制参数 CRC-16 码 保证。RTU接收设备依靠接收字符间经过的时间判断一帧的开始，如果经过 3个半的字符时间后仍然没有 新的字符或者没有完成帧，接收设备就会放弃该帧，并 设下一个字符为新一帧的开始。 2松下 PLC MODBU控制的实现 松下 PLC 支持 modbus 协议，只需要在选项、PLC 系统寄存器设置、COM1 口设置中站号设成 1,通讯模 式设为MODBUS RT通讯速率和通讯格式与 05驱动器的设置保持一致。设置完成后可通过 F145 SENDf

11、 令实现与 05 的通讯。 例： F0 MV ， H2 ,DT10 （发送 2 个字节） F0 MV , H1002 ,DT11 （通过 1 号 COM 口向 2 号站发数据） F145 SEND, DT10 ,DT4 ,DTO , K1282 （把 DT4, DTS 的两个字节通过 CQM1 发送到 2号站的 K1282 地址） elecfans com 电 3 或貌此 r I- 3施耐德 05A伺服驱动器的配置 首先过驱动器的 HMI面板把控制方式设为 modbus模式，把波特率、通讯格式设置成与 PLC 一致。MS KA a HH :; 鬼 W XSWwirol crivwM o nsn

12、e gp* 曩干 Bit 缶褚蝎、。状 . ? i 0: Sextcki cm 1: Exable Volu:Exeble OporatiM 4 .1: Qfi Ibdr T: Feili 1: Heit rvevrw J 所Ar 7 OBDDDDQOODafWF 史吁枚今 史 Bit ?t M Bit X A Bit 2. W ft 停止 Bit 1.允 Big y (XM! TX TC. Tt X T3 S X X 1 KtW变为 Bit L M Bit 1 it Bit S. W 停止 Bit i. m o, w & : etus TI2 I 44%、 XXX 0 X no. twt停上 HOtil * 9 . 9 e X X 1 X 止十 TB i e X 0 1 T 岐（M ；中.肉 一一走位的目位置送. 、有当剑