M340与ATV31的Modbus串行通信(Modbus通信控制启停、Modbus通信给定速度)_完全通信指导

1、施耐德技术服务中心TSC M340与ATV31Modbus串行通信向导Modbus通信控制启停、Modbus通信给定速度本向导分为两部分：1.快速操作指南-Know How, 满足了客户“快速解决调试问题”的需求。l 发送快-大小在2M左右，能方便快速地通过电子邮件发给客户使用l 调试快-提供了反复调试过的完整准确的PLC通信程序，客户可直接下载l 接线快-含有实物照片的通信接线图使客户非常容易理解和模仿，并且快速完成接线l 设置快-图形化的变频器参数设置指导使客户可直接上手设置参数，不用查找手册2.完全通信指导-Know Why, 满足了客户“系统学习通信知识”的需求。l 知识全-不仅给出了

2、详细的调试步骤和详细解释，还使客户在完成通信的同时系统学习相关的产品和通信知识l 考虑全-对客户调试可能遇到的各种突发情况给出了相关提示和解决方法l 理解易-提供了程序指令和结构的详细注释，使客户能容易的理解和学习提供的标准程序并能在原有程序上进行扩展第二部分完全通信指导M340 Modbus Serial Communication with ATV31 Edition:2008-7安全信息重要信息注意： 在尝试安装、操作或调试设备之前，请仔细阅读下述说明并通过查看来熟悉设备。下述特别信息可能会在文本其他地方或设备上出现，提示用户潜在的危险和注意事项，或提供阐明或简化某一过程的信息。 这是“

3、警告”的符号。警示用户潜在的危险和必须要遵守的规则，如果不遵守使用说明，可能导致调试失败、人身伤害甚至设备损坏。 这是提醒“注意”的符号。提醒用户需要注意的操作说明。请遵守所有带此符号的注意事项，以避免不必要的调试错误。 “警告”表示可能存在危险，如果不遵守，可能导致严重的人身伤害甚至死亡，或设备损坏。警告注意“注意”表示需要注意的操作，如果不遵守，可能导致调试失败。目录1实验简介42硬软件环境43. ATV31变频器设置53.1 操作说明53.2 参数设置63.2.1 控制方式73.2.2 通信参数84. 硬件连接105. PLC编程115.1硬件组态115.1.1 组态CPU115.1.2

4、 组态Modbus Master125.2 ATV31 Modbus变量说明125.2.1 ATV31 Modbus内部字125.2.2 ATV31 DRIVERCOM流程145.3 通信功能块155.3.1 连续读功能块READ_VAR165.3.2 连续写功能块WRITE_VAR175.4 编程185.4.1 时间令牌设置185.4.2 读写从站寄存器195.4.3 DRIVERCOM流程206. 实验调试216.1 计算机与PLC的连接216.2 软件调试226.3 ATV31常见通信故障237. 带多台变频器257.1 硬件连接257.1.1 分配器模块和RJ45连接器257.1.2

5、接线盒方式257.2 软件扩展268. 附件288.1 M340示例程序288.2 ATV31的Modbus用户手册288.3 ATV31编程手册28在实际进行通信调试之前，为保证调试安全：1 强烈建议用户不带电机进行通信调试。在此情况下，必须禁止变频器的电机缺相故障OPL，详细设置请参照3.2.1 控制方式的禁止变频器OPL的说明。2 如果用户的变频器必须要带电机进行通信调试，强烈建议断开电机负载，以避免负载的起动对人身和设备造成危害。3 如果用户的变频器和电机必须带负载进行通信调试，请务必确保电机和负载的启动和运行不会对人身、设备造成危害，以及对生产造成影响。警告1实验简介PLC通过Mod

6、bus监控变频器的运行是工业中较常见的应用，本文以施耐德M340 PLC与ATV31变频器为例，简要介绍PLC与变频器之间Modbus串行通信的过程，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ATV31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M340通过Modbus通信远程控制变频器，关于Modbus通信控制和端子控制混合使用的情况，以及其他施耐德PLC，如Premium，TWIDO，Quantum与ATV31的Modbus串行通信，将在本书的其他文章中介绍。2硬软件环境主要硬件如下：类型型号数量参考图片PLCM340 P3410

7、001变频器ATV311通讯电缆RJ45屏蔽双绞线1主要软件：Unity Pro V3.1。Unity Pro是施耐德电气支持Quantum，Premium，M340的通用编程，调试和运行的软件包。3. ATV31变频器设置3.1 操作说明ATV31的前面板说明如下：ATV31操作面板主要操作规则：按上下键对菜单进行浏览，不会对选定项进行存储；一直按住上下键(2秒)可快速滚动浏览菜单；存储选定项，长按ENT键ENT，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

8、闪烁。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，故障的具体内容以及操作，请参照8.3ATV31编程手册的故障原因解决方案章节。任何初始显示状态下，均可以按ENT键ENT进入设置菜单。3.2 参数设置ATV31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。在M340与ATV31进行Modbus通信控制之前，首先要保证ATV31能单独带电机运行。所以在进行通讯设置之前，如果变频器已经带了电机，必须对ATV31变频器机型电机参数的设置。3.2.1 控制方式如果采用Modb

9、us通信控制启停及速度给定，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1ndb通过Modbus总线给定CTL-CHCF*控制模式设置SIN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Flt-OPL电机缺相故障No带小电机试验时，禁止因为输出电流过小出现的电机缺相故障；一般在变频器最小输出电流大于电机额定电流时需要禁止电机缺相故障。在任何应用状态下*为必设项。功能访问等级设置如下：配置给定1设定如下:控制模式设置如下：本例中控制和频率给定全部由

10、通信给定，将控制模式设置为SIN组合模式，与出厂设置相同；用户需根据实际情况进行模式选择。禁止电机缺相故障设置如下：当变频器最小输出电流大于电机额定电流时需要禁止电机缺相故障。此处是否禁止，视用户测试的状况而定。3.2.2 通信参数此设置和PLC中的TSXSCP114卡的设置保持一致，步骤如下：参数路径参数说明值功能描述CON-ADD从站地址3.范围1247CON-tbr通信速率96004.8-4800bps;9.6-9600bps;19.2-19200CON-tfo通信格式8E18O1:8个数据位,奇校验,1个停止位8E1:8个数据位,偶校验,1个停止位8n1:8个数据位,无校验,1个停止位

11、8n2:8个数据位,无校验,2个停止位从站地址设置如下：通信速率设置如下：通信格式设置如下；本例中将通信格式设置为8位数据位，偶校验，1位停止位，即8E1，与出厂设置相同；用户需根据实际需要进行设置。设置完毕后，关闭变频器电源再重新上电，参数设置才能生效注意4. 硬件连接只需要一根标准的RJ45双绞线作为通信电缆即可，一端插入ATV31的Modbus通信端口，另一端插入M340 CPU上的串口，连接如下：211标准RJ45双绞线；2M340 RS485端口定义；5. PLC编程本例中的PLC组态和编程全部采用Unity Pro 3.1完成。Unity Pro是施耐德电气支持Quantum，Pr

12、emium，M340的通用编程、调试和运行的软件包，PLC编程主要包括硬件组态和软件编程两个部分。5.1硬件组态5.1.1 组态CPU步骤动作&示例1打开Unity Pro 3.1，并新建一个项目，选择M340系列的P3410002在Unity窗口的Project brower中双击Configuration，打开硬件组态双击打开硬件组态5.1.2 组态Modbus Master步骤动作&示例1双击CPU上的串口，打开进行Modbus Master组态双击打开 2组态串口为Modbus主站，设置和ATV31变频器中的通信参数设置保持一致，如下表：参数值描述FunctionModbus Link

13、Modbus连接TypeMasterPLC做主站Transmission speed9600bits/s通信速率DataRTU(8bits)数据传送方式Stop1bit停止位ParityEven偶校验停止位校验位数据类型通信速率PLC做主站Modbus功能 设置完毕后点击确认按钮进行确认。5.2 ATV31 Modbus变量说明在M340 PLC中编写程序，将变频器的内部变量用功能块Read_var/Write_var映射到本地寄存器，通过对本地寄存器进行读写，来完成对变频器的监控。5.2.1 ATV31 Modbus内部字在此仅列出本例中使用的ATV31内部寄存器以及对应功能,见下表：类型地

14、址代码说明读出变量3201ETADRIVECOM状态字3202RFR电机输出频率写入变量8501CMDDRIVECOM命令字8502LFR在线给定频率对ATV31变频器实现Modbus通信控制的状态字和控制字说明如下：位状态字ETA(W3201)控制字CMD(W8501)Bit0准备接通接通Bit1接通电压无效Bit2操作允许快速制动Bit3故障允许操作Bit4电压无效0Bit5快速制动0Bit6接通禁止0Bit7报警故障复位Bit800Bit9线性控制0Bit10达到给定值0Bit11超过给定值正转/反转Bit120斜坡制动Bit130注入制动Bit14STOP键停止快速制动Bit15旋转方

15、向05.2.2 ATV31 DRIVERCOM流程变频器的内部操作遵循DRIVERCOM流程，见下图：上电是故障？ETA=16#*8ATV故障功能失常否CMD=16#0080故障消失，复位ETA=16#*40ATV锁定接通禁止CMD=16#0000禁止电压或CMD=16#0000禁止电压CMD=16#0000禁止电压CMD=16#0006停车电机停车修改配置参数或或或电机停车修改配置参数CMD=16#0000禁止电压终端上STOP键CMD=16#0002快速停车或或终端上STOP键电机停车修改配置参数nStETA=16#*21ATV等待禁止电压rdY,dCbETA=16#*07紧急停车快速停车

16、激活CMD=16#0007接通CMD=16#0006停车CMD=16#0006停车nStETA=16#*23ATV就绪接通CMD=16#*F激活运行CMD=16#*F激活运行CMD=16#0007禁止运行rUn,rdYETA=16#*27ATV运行运行激活CMD=16#000B快速停车5.3 通信功能块在M340中用梯形图指令READ_VAR/WRITE_VAR对变频器的Modbus寄存器进行读写。为方便编程，请先对Unity Pro中的项目设置进行如下设置：步骤动作&示例1打开Tools菜单中的Project Settings2将Language Extended页面中的Directly r

17、epresented array variables和Allow dynamic arrays打勾将Directly represented array variables和Allow dynamic arrays打勾5.3.1 连续读功能块READ_VAR步骤动作&示例1新建一个梯形图程序梯形图，点击菜单栏中的FFB输入助手，在FFB TYPE中输入READ_VAR或者点击右边的浏览按钮在目录LibraryCommunication中选择READ_VAR。2按照如下说明对READ_VAR进行定义参数名称类型输入示例注释ADR地址索引INT0.5ADDM(0.0.0.3)目标节点地址索引OBJ

18、读取的数据类型STRING%MW读取对象的数据类型NUM读取的起始地址DINT3201读取的连续数据的起始地址NB读取数据的数量INT10读取的连续数据的数量RECP读取数据接收区INTm.n%MW50:10本地的连续存储区GEST通信报告INT0.3%MW14:4记录通信信息的交换管理表输入完毕后分别在步骤321中的点击OK确认输入，并在梯形图中插入READ_VAR块读取数据接收区通信报告区Modbus slave地址索引读取的数据数量读取的起始地址读取的数据类型5.3.2 连续写功能块WRITE_VAR同样的方式可以输入WRITE_VAR块，参数稍有不同，说明如下：参数名称类型输入示例注释

19、ADRModbus slave地址索引INT0.5ADDM(0.0.0.3)目标节点地址，可通过slave索引地址输入助手进行输入，详见上节的步骤3OBJ写入的数据类型STRING%MW读取对象的数据类型NUM写入的起始地址DINT8501读取的连续数据的起始地址NB写入数据的数量INT4读取的连续数据的数量EMIS写入数据发送区INTm.n%MW50:2本地的连续存储区GEST通信报告INT0.3%MW20:4记录通信信息的交换管理表参数设置完毕后模块插入如下：通信报告区写入数据发送区写入数据的数量写入的起始地址写入的数据类型Modbus slave地址索引对Read_var/Write_v

20、ar功能块的详细说明，参见8.4 Unity Pro的通信块库中的read_var/write_var章节。5.4 编程程序分为四个主要部分时间令牌设置：为了实现系统的可扩展性，容许带多个变频器，而在PLC的每个扫描周期最多只能有8个通信模块（READ_VAR/WRITE_VAR）同时处于通信激活状态，那么要控制多个变频器时，需要对变频器进行分时控制，这里设置时间令牌就是为了让多个变频器轮流通信。读写从站寄存器:使用READ_VAR/WRITE_VAR对变频器寄存器进行读写，且只有当此变频器拿到令牌时才能开始通信。DRIVERCOM流程：ATV31的内部状态转换都遵循DRIVERCOM流程。5

21、.4.1 时间令牌设置为了实现系统的可扩展性，可对每个Modbus从站设置一个时间令牌，时间令牌在几个扫描周期内时轮流传递的，每个通信块只有在拿到时间令牌的时候才会和从站进行通信。变量定义在Unity Pro的Elementary Variables菜单中，如下图位置：变量说明：名称类型地址值注释Token_NINT%MW110变频器令牌总数Q_ResetEBOOL%M15输出自动复位C_TokenINT%MW2当前令牌值梯形图程序 5.4.2 读写从站寄存器对变频器的内部寄存器的读写来控制ATV31变频器，读写相互锁定不能同时进行。变量说明：名称类型地址值注释Read_varADRARRAY

22、0.5 OF INTADDR(0.0.0.3)Modbus从站地址为3OBJSTRING%MW读取的数据类型为字NUMDINT3201读取Modbus从站的首地址NBINT2 读取字的个数GESTARRAY0.3 OF INT%MW13:4读取通信报告区RECPARRAYm.n OF INT%MW17:2读取字在本地的存储区Write_varADRARRAY0.5 OF INTADDR(0.0.0.3)Modbus从站地址为3OBJSTRING%MW写入的数据类型为字NUMDINT8501写入Modbus从站的首地址NBINT2写入字的个数GESTARRAY0.3 OF INT%MW20:4写

23、入通信报告区EMISARRAYm.n OF INT%MW24:2写入字在本地的存储区梯形图程序5.4.3 DRIVERCOM流程ATV31的内部状态转换都遵循DRIVERCOM流程，本例中DRIVERCOM流程结束后变频器会自动进入就绪(ready)状态。变量说明：定义变频器的操作和状态变量：名称类型地址值注释FaultEBOOL%M1变频器故障Rst_faultEBOOL%M2变频器故障复位StandbyEBOOL%M3Run_dirEBOOL%M4正转Run_revEBOOL%M5反转HaltEBOOL%M6ReadyEBOOL%M7变频器就绪Nor_stopEBOOL%M8自由停车Run

24、ningEBOOL%M9运行梯形图程序：6. 实验调试用户在上电调试之前，请务必确保PLC，变频器以及所带的电机的接地安全，以避免因接地问题而可能造成的人身伤害和设备损坏。警告6.1 计算机与PLC的连接本例使用M340较常用的USB连接方式，一根USB电缆(一般家用的USB电缆也可)实现快速连接，USB电缆的一头插入M340 CPU的USB端口，另一端插入计算机的USB端口，连接完毕后M340上电。当计算机右下角会自动加载图标后，才能在Unity Pro中进行软件连接，如下：步骤动作&示例1将Unity Pro的连接模式切换到标准模式：Standard Mode为标准模式；Simulatio

25、n Mode为仿真模式。2设置PLC连接方式为USB，Media输入SYS。3地址设置完毕后点击Test Connection进行连接测试，测试成功后会显示如下提示：测试连接成功后点击OK确定set address设置。4连接PLC。连接成功后，Unity 软件的下方状态栏会显示当前PLC的状态。6.2 软件调试Unity Pro连机后，下载程序，运行M340，打开在线监控表，如下：当Fault=1时，用Rst_Fault复位；当ready=1时，设置Run_dir=1，Freq_set为100，变频器就可以以10HZ的速率运行。按照当前状态操作后续状态的顺序，对变频器操作如下：当前状态操作后

26、续状态Unity监控表ATV31Unity监控表ATV31Ready=1/就绪nSt/自由停车1Run_diron_plus/正转Running1/运行当前输出频率Run_revon_plus/反转Running=1/运行运行状态，显示当前输出频率Nor_stop/自由停车Ready=1/就绪nSt/自由停车2Freq_set100/给定频率Freq_out3(-)10010.0/输出频率Halt1/暂停Standby1rdy/就绪Standby1/暂停rdy/就绪Run_diron_plus/正转Running1/运行当前输出频率Run_revon_plus/反转Fault=1/故障Rst_

27、faulton_plus/故障复位Ready=1/就绪nSt/自由停车1 On_plus表示为一上升沿脉冲，此例中每一个命令均为一上升沿脉冲，即置为1后，再置回0，否则下一个命令无效。2 当变频器在默认设置正常分辨率时，在PLC中给定的频率是实际变频器输出频率的10倍。3 当变频器反转时，输出频率显示为负数。ATV31内部详细操作流程，请参照5.2.2 ATV31 DRIVERCOM流程。本例的详细程序请参见8.1 M340程序。本例中变频器采用是无电机测试，调试时给定变频器频率10HZ，运行安全。因此，强烈推荐用户在进行在线通信调试时1， 如果用户变频器采用无电机进行调试，可按照本例中的输入

28、频率进行设定；2， 如果用户变频器带有负载进行调试，请务必确保变频器的给定频率在负载和环境的安全应用范围之内，不会对人身和设备造成安全影响。警告6.3 ATV31常见通信故障1出现通信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)通信故障，通信故障之后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SLF1约10秒后停止输出，Frq_set保持检查并恢复硬件线路通信自动恢复，Fault1，复位Rst_fault=1PLC断电约10

29、秒后停止输出，Frq_set保持PLC重新热启动通信自动恢复，Fault1，复位Rst_fault=1PLC热启动如10秒内不能启动，则停止输出，Frq_set保持通信自动恢复，Fault1，复位Rst_fault=1CPU停止运行约10秒后停止输出，Frq_set保持PLC启动通信自动恢复，Fault1，复位Rst_fault=1PLC冷启动nSt立即停止输出，变频器复位，Frq_set清零PLC冷启动通信自动恢复110秒为ATV31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。此时间默认为出厂设定值10秒，见8.3ATV31编程

30、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ATV31变频器的故障原因解决方案，请参照8.3ATV31编程手册的故障原因解决方案章节。7. 带多台变频器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。7.1 硬件连接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。7.1.1 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主站，PLC或者PC 2，Modbus电缆3，Modbus分支模块LU9 GC34，Modbus分支电缆VW3 A8 306R*5，线路终端器VW3 A8 306RC6，Modbus 三通盒VW3 A8 306 TF*(带电缆) 7，Modbus电缆TSX CSA*00(至另一个分支模块)7.1.2 接线盒方式1使用施耐德的标准扩展设备，通过转接线盒进行扩展。1，Modbus主站2，Modbus电缆3，Modbus电缆TSX CAS*0014，Modbus三通盒TSX SCA501