本項目為2014年浙江省大學生科技創新項目立項

摘要：智慧工廠的體系架構中，總線控制是其中最常用的一種，本文介紹的Modbus協議是應用于各種工廠控制器上的一種通用語言。通過闡述Modbus通訊的硬件基礎、變頻器參數設置、PLC編程過程和Commix串口調試工具，進一步細化了工廠傳動控制的數字化系統架構。

關鍵詞：智慧工廠；總線控制；Modbus

一、概述

智慧工廠是現代工廠信息化發展的新階段，它是在數字化工廠的基礎上，利用物聯網技術和設備監控技術加強信息管理和服務；清楚掌握產銷流程、提高生產過程的可控性、減少生產線上人工的干預、即時正確地采集生產線數據，以及合理的生產計畫編排與生產進度。

智慧工廠的體系架構中，總線控制是其中最常用的一種，本文介紹的Modbus協議是應用于各種工廠控制器上的一種通用語言。通過此協議，控制器相互之間、控制器經由網絡（例如以太網）和其它設備之間可以通信，該協議最早由施耐德公司最先提出，并最終演變為一種國際通用的總線標準。

Modbus協議支持傳統的RS-232、RS-422、RS-485和以太網設備。許多工業設備，包括變頻器、PLC、DCS、智能儀表等都在使用Modbus協議作為他們之間的通訊標準。

Modbus協議能設置為兩種傳輸模式（ASCII或RTU）中的任何一種，用戶選擇想要的模式，包括串口通信參數（波特率、校驗方式等），在配置每個控制器的時候，在一個Modbus網絡上的所有設備都必須選擇相同的傳輸模式和串口參數。ASCII模式，是指以ASCII（美國標準信息交換代碼）模式通信，在消息中的每個8Bit字節都作為一個ASCII碼（兩個十六進制字符）發送。而RTU模式，則是以RTU（遠程終端單元）模式通信，在消息中的每個8Bit字節包含兩個4Bit的十六進制字符。這種方式的主要優點是：在同樣的波特率下，可比ASCII方式傳送更多的數據。

二、智慧工廠傳動控制的Modbus總線應用

1.Modbus通訊的硬件基礎

智慧工廠的傳動控制，一般是指控制電機驅動生產機械以實現產品數量的增加、產品質量的提高、降低成本、改善工人勞動強度及合理利用能源。由于驅動電機目前主要以變頻器為主，這里以V20變頻器與S7-200之間的ModbusRTU通訊為例進行說明。

對于要實現V20變頻器與S7-200之間的ModbusRTU通訊，必須要具備PC/PPI電纜、S7-200、電源模塊、通信電纜、V20驅動裝置和一臺PC機。其接線方法如圖1所示。

圖1V20與S7-200的ModbusRTU通訊

2.變頻器參數設置

V20可以通過選擇連接宏Cn011實現ModbusRTU控制，也可以通過直接更改變頻器參數的方法來實現。參數設置如表1所示。

表1參數設置

3.PLC編程過程

首先確認S7-200的ModbusMaster庫文件已經安裝，同時了解V20的Mobus協議中的主要寄存器地址，如表2所示。

表2V20變頻器的主要寄存器地址

在編譯程序之前，選擇“程序塊”->“庫”右鍵，選擇“庫存儲區”；在點擊“建議地址”選擇V存儲區的地址后點擊“OK”退出。最后調用指令進行初始化ModbusMaster端口。

調用ModbusRTU主站讀寫功能塊MBUS_MSG，發送一個Modbus請求。比如寫入控制字1和速度實際值，如圖2所示。

MBUS_MSG_P1指令的參數說明如下：

a)EN使能：同一時刻只能有一個讀寫功能（即MBUS_MSG）使能。V20對于寫指令同一時刻只運行對一個保持寄存器操作；讀指令同一時刻最大允許操作125個保持寄存器。

b)First讀寫請求位：每一個新的讀寫請求必須使用脈沖觸發。

c)Slave從站地址：可選擇的范圍1-247。

d)RW請求方式：0＝讀，1＝寫。

e)Count數據個數通訊的數據個數（位或字的個數）。Modbus主站可讀/寫的最大數據量為120個字（是指每一個MBUS_MSG指令）。

f)DataPtr數據指針：如果是讀指令，讀回的數據放到這個數據區中；如果是寫指令，要寫出的數據放到這個數據區中。

g)Done完成位：讀寫功能完成位。

h)Error錯誤代碼：只有在Done位為1時，錯誤代碼才有效。

常用的控制字包括047E（運行準備）、047F（正轉啟動）、0C7F（反轉啟動）、04FE（故障確認）。

圖2MBUS_MSG_P1指令

其他更多指令調用請見參考文獻。

4.Commix串口調試工具

Commix是為工業控制設計的串口設備調試工具，已被很多工控行業人員使用它能根據設備的通訊協議，方便地生成多種冗余校驗如Modbus，并加上結束符，適用于大多數串口通訊的工業設備。

打開串口調試軟件Commix（此處為中文版1.3），設置好相應通訊數據發送指令觀察反饋信息（如圖3所示）。

圖3串口調試軟件Commix

發送和反饋字節說明如下：

a)發送部分：

02即從站地址，P2021=2；

03讀取從站信息；

000a讀取地址，是16進制數，從表5-中查到P1120對應的地址為40011，40011-40001=10轉化為十六進制數位000a；

0002讀取位數為兩位，即讀000a和000b的內容，即P1120和P1121參數的內容。

b)反饋部分：

02即從站地址，P2021=2；

03讀取從站信息；

04讀到4個字節數據；

01F4即P1120內的數據，轉化為十進制為500，表格內比例為100，即變頻器實際數字值為5s；

03E8即P1121內的數據，轉化為十進制為1000，即實際減速時間為10s。

由此可見，通過modbus通訊協議，能準確快速讀取變頻器內的參數值。

三、結束語

智慧工廠的發展，是智能工業發展的新方向，其特征體現在制造生產上最主要的就是可采集與理解外界及自身的資訊，并以之分析判及規劃自身行為，從而使得系統具有自主能力。本文通過應用Modbus現場總線對工廠的傳動控制如何進行硬件架構、參數設置、軟件編程和調試進行了詳細的闡述。

參考文獻：

[1]李方園.西門子S7-200PLC從入門到實踐[M].北京：電子工業出版社.2010

[2]廖常初.S7-200PLC編程及應用[M].北京：機械工業出版社.2008

[3]劉華波等.西門子S7-200PLC編程及應用案例精選[M].2009

作者：卓曉怡，1994.02，就讀于浙江工商職業技術學院，從事自動化應用；應秋紅，1994.09，就讀于浙江工商職業技術學院，從事自動化應用。