【導(dǎo)讀】速的基本原理進(jìn)行了一定的討論。變頻器采用的是ABB公司的變頻器，因此本文對。ACS550變頻器的參數(shù)設(shè)置也進(jìn)行了討論。而PLC采用的是西門子公司S7-200系列，變。頻器和PLC之間的通訊協(xié)議在文中也有很詳細(xì)的介紹。最后是系統(tǒng)的具體設(shè)計，包括硬。程序，還有相應(yīng)的注解。性能和實(shí)用價值。

　　

【正文】 及決定怎樣將信息打包成消息域和如何解碼。在其它網(wǎng)絡(luò)上（像 MAP和 Modbus Plus） Modbus 消息被轉(zhuǎn)成與串行傳輸無關(guān)的幀。 當(dāng)控制器在 Modbus 網(wǎng)絡(luò)上被設(shè)定為采用 RTU（遠(yuǎn)程終端單元）模式進(jìn)行通訊時，信息中的每一個 8位字節(jié)包括兩個 4 位的十六進(jìn)制字符。這種方式的最大好處就是字符的密度可以更高，相同波特率的數(shù)據(jù)流量比 ASCII 模式更大。每個信息必須在一個連續(xù)的數(shù)據(jù)流中進(jìn)行傳輸。 RTU 模式中每個字節(jié)的格式是： 陜西科技大學(xué)畢業(yè)論文 （設(shè)計說明書） 20 編碼系統(tǒng)： 8位二進(jìn)制，十六進(jìn)制 09， AF 每個 8 位的信息域中包含 2個十六進(jìn)制字符 字節(jié)的位： 1個開始位 8個數(shù)據(jù)位，首先發(fā)送最低位 1個位用于奇偶校驗(yàn)；無校驗(yàn)時沒有這一位 1個停止位（有校驗(yàn)時）； 2個停止位（無校 驗(yàn)時） 錯誤校驗(yàn)區(qū)： 循環(huán)冗余校驗(yàn)（ CRC） Modbus 消息幀 消息幀的組成 兩種傳輸模式中（ ASCII 或 RTU），傳輸設(shè)備以將 Modbus 消息轉(zhuǎn)為有起點(diǎn)和終點(diǎn)的幀，這就允許接收的設(shè)備在消息起始處開始工作，讀地址分配信息，判斷哪一個設(shè)備被選中（廣播方式則傳給所有設(shè)備），判知何時信息已完成。部分的消息也能偵測到并且錯誤能設(shè)置為返回結(jié)果。 其中在 RTU 模式中，新的信息總是以至少 個字符的靜默時間開始。在以波特率計算傳輸速率的網(wǎng)絡(luò)上，以字符為單位計算時間顯得很容易（如下面圖 所示的T1T2T3T4）。緊接著傳送第一個域：設(shè)備地址。 每個域的允許傳輸字符都是 09， AF的十六進(jìn)制數(shù)。網(wǎng)絡(luò)設(shè)備始終監(jiān)視著通訊總線的活動，即使在靜默間隔時間內(nèi)。當(dāng)接收到第一信息域后（地址信息），每個網(wǎng)絡(luò)設(shè)備都對此進(jìn)行譯碼，以確定自己是不是所尋址的設(shè)備。 隨著最后一個字符傳輸結(jié)束，又有一段類似的 個字符的間隔時間，用來標(biāo)志本次的信息傳輸已經(jīng)結(jié)束。在此之后，又將開始一個新的信息。 整幀的信息必須以一個連續(xù)的數(shù)據(jù)流進(jìn)行傳輸。如果信息結(jié)束前存在超過 個字符以上的間隔時間，接收設(shè)備將清除這些不完整 的信息，并錯誤的認(rèn)為隨后一個字符是新一幀信息的地址部分。 同樣地，如果一幀新信息的開始與前一信息的間隔小于 個字符時間，接收設(shè)備將認(rèn)為它是前一信息的繼續(xù)。由于信息的錯亂，最終的 CRC 域不正確，將導(dǎo)致產(chǎn)生一個故障。下圖是一幀信息的標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)。 開始 地址域 功能域 數(shù)據(jù)域 CRC 校驗(yàn) 結(jié)束 T1T2T3T4 8 位 8位 N*8 位 16 位 T1T2T3T4 表 42 信息的幀結(jié)構(gòu) 消息幀組成部分具體定義 （ 1）地址域 S7200PLC 在紙機(jī)傳動中的應(yīng)用 21 消息幀的地址域包含兩個字符 (ASCII)或 8Bit(RTU).可能的從設(shè)備地址是 0...247 (十進(jìn)制 ).單個設(shè)備的地址范圍是 1...息中的地址域來選通從設(shè)備 .當(dāng)從設(shè)備發(fā)送回應(yīng)消息時 ,它把自己的地址放入回應(yīng)的地址域中 ,以便主設(shè)備知道是哪一個設(shè)備作出回應(yīng) . 地址 0 是用作廣播地址 ,以使所有的從設(shè)備都能認(rèn)識 .當(dāng) Modbus 協(xié)議用于更高水準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò) ,廣播可能不允許或以其它方式代替 . （ 2）功能域 信息的功能包括 8 位（ RTU）。有效碼為 1255（十進(jìn)制）。其中，有些適 用于所有Modicon 控制器，有些僅適用于某些特定的模式，還有一些為將來保留它用。ACS140/ACS400 變頻器支持 6和 16 形式的編碼（十六進(jìn)制為 0*0 0*06 和 0*10）。當(dāng)一幀數(shù)據(jù)由主機(jī)傳送到從機(jī)時，功能域的編碼會告訴從機(jī)去干什么。示例是讀一組輸出數(shù)據(jù)。 正常響應(yīng)時，從機(jī)將原來功能編碼的最高位置 1 后返回。例如主機(jī)發(fā)送到從機(jī)的從機(jī)的一條信息是要讀一組保持寄存器，功能編碼可能如下： 0000 0011 （十六進(jìn)制 03） 如果從機(jī)準(zhǔn)確無誤的執(zhí)行了所要求的動作，返回主機(jī)的功能編碼相同，如果例外情況發(fā)生 ，從機(jī)返回的功能編碼是： 1000 0011 （十六進(jìn)制 83） 除此之外，從機(jī)還在返回的數(shù)據(jù)域設(shè)置了一個特殊代碼，告訴從機(jī)發(fā)生了什么樣的錯誤，或者發(fā)生例外情況的原因是什么。主機(jī)的應(yīng)用程序負(fù)責(zé)處理響應(yīng)。一般的處理方法是：發(fā)出重復(fù)信息，實(shí)驗(yàn)從機(jī)對診斷信息的反應(yīng)，或者提示操作人員。 （ 3）數(shù)據(jù)域 數(shù)據(jù)域由多組這樣的數(shù)據(jù)構(gòu)成的：兩個十六進(jìn)制數(shù)為一組，范圍在 00FF 之間，按照串行的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，這些數(shù)據(jù)產(chǎn)生于 RTU 字符。 主機(jī)發(fā)給從機(jī)的數(shù)據(jù)域中包括了從機(jī)完成功能域的動作時必需的附加信息， 可能包括這樣一些項(xiàng)目，如：數(shù)字寄存器和保持寄存器地址、將要處理的項(xiàng)目數(shù)量和實(shí)際的數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)。例如，主機(jī)要求從機(jī)讀一組保持寄存器（功能碼 03），數(shù)據(jù)域就指定了起始寄存器、需要讀多少個寄存器；如果主機(jī)要向從機(jī)中的一組寄存器寫入數(shù)值（功能編碼為 10，十六進(jìn)制），數(shù)據(jù)域就規(guī)定了起始寄存器、要向多少個寄存器寫入數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)、以及寫入寄存器什么樣的數(shù)據(jù)。 如果沒有發(fā)生什么錯誤，從機(jī)在響應(yīng)的數(shù)據(jù)域中包括了要求的數(shù)據(jù)，如果錯誤發(fā)生，數(shù)據(jù)區(qū)中將包括例外情況編碼，主機(jī)能夠根據(jù)這一編碼決定下一步的行動。 在有些信息中，允許數(shù) 據(jù)域不包含任何數(shù)據(jù)（長度為 0）。例如，對于主機(jī)的查詢，從機(jī)以通訊事件的記錄（功能編碼為 0B，十六進(jìn)制）作響應(yīng)從機(jī)不需要任何附加信息，陜西科技大學(xué)畢業(yè)論文 （設(shè)計說明書） 22 ACS140/ACS400 不支持功能編碼 0B（十六進(jìn)制）。僅一個功能編碼就是以說明這項(xiàng)動作要求。 （ 4）錯誤檢測域 標(biāo)準(zhǔn)的 Modbus 網(wǎng)絡(luò)有兩種錯誤檢測方法。錯誤檢測域的內(nèi)容視所選的檢測方法而定。 當(dāng)選用 RTU模式作字符幀，錯誤檢測域包含一 16Bits值 (用兩個 8位的字符來實(shí)現(xiàn) )。錯誤檢測域的內(nèi)容是通過對消息內(nèi)容進(jìn)行循環(huán)冗長檢測方法得出的。 CRC 域附加在消息的最后，添加 時先是低字節(jié)然后是高字節(jié)。故 CRC 的高位字節(jié)是發(fā)送消息的最后一個字節(jié)。 Modbus 錯誤檢測方法 標(biāo)準(zhǔn)的 Modbus 串行網(wǎng)絡(luò)采用兩種錯誤檢測方法。奇偶校驗(yàn)對每個字符都可用，幀檢測（ LRC 或 CRC）應(yīng)用于整個消息。它們都是在消息發(fā)送前由主設(shè)備產(chǎn)生的，從設(shè)備在接收過程中檢測每個字符和整個消息幀。 用戶要給主設(shè)備配置一預(yù)先定義的超時時間間隔，這個時間間隔要足夠長，以使任何從設(shè)備都能作為正常反應(yīng)。如果從設(shè)備測到一傳輸錯誤，消息將不會接收，也不會向主設(shè)備作出回應(yīng)。這樣超時事件將觸發(fā)主設(shè)備來處理錯誤。發(fā)往不存 在的從設(shè)備的地址也會產(chǎn)生超時。 在這里我們只介紹使用 RTU 模式下的 CRC 檢測方法。 使用 RTU 模式，消息包括了一基于 CRC 方法的錯誤檢測域。 CRC 域檢測了整個消息的內(nèi)容。 CRC 域是兩個字節(jié)，包含一 16 位的二進(jìn)制值。它由傳輸設(shè)備計算后加入到消息中。接收設(shè)備重新計算收到消息的 CRC，并與接收到的 CRC 域中的值比較，如果兩值不同，則有誤。 生成 CRC16校驗(yàn)字節(jié)的步驟如下： ①裝如一個 16 位寄存器，所有數(shù)位均為 1。 ②該 16位寄存器的高位字節(jié)與開始 8位字節(jié)進(jìn)行“異或”運(yùn)算。運(yùn)算結(jié)果放入這個 16位寄存器。 ③把這個 16寄存器向右移一位。 ④若向右（標(biāo)記位）移出的數(shù)位是 1，則生成多項(xiàng)式 1010000000000001 和這個寄存器進(jìn)行“異或”運(yùn)算；若向右移出的數(shù)位是 0，則返回③。 ⑤重復(fù)③和④，直至移出 8位。 ⑥另外 8 位與該十六位寄存器進(jìn)行“異或”運(yùn)算。 ⑦重復(fù)③ —— ⑥，直至該報文所有字節(jié)均與 16位寄存器進(jìn)行“異或”運(yùn)算，并移位 8次。 S7200PLC 在紙機(jī)傳動中的應(yīng)用 23 ⑧這個 16 位寄存器的內(nèi)容即 2字節(jié) CRC 錯誤校驗(yàn)，被加到報文的最高有效位。 下圖為 Modbus CRC 校驗(yàn)程序： 陜西科技大學(xué)畢業(yè)論文 （設(shè)計說明書） 24 S7200PLC 在紙機(jī)傳動中的應(yīng)用 25 圖 41 CRC 校驗(yàn)子程序 程序說明如下： 網(wǎng)絡(luò) 1:將 16FFFF 放入寄存器 VW107，同時將 6 放入寄存器 VB109 中。 網(wǎng)絡(luò) 2:將 VB101 的地址放入寄存器 VD200 中。 網(wǎng)絡(luò) 3:置標(biāo)志位 1。 網(wǎng)絡(luò) 4:將 VB200 中儲存地址的寄存器的值放入寄存器 VB110 中，并與 16FFFF 的高8位數(shù)進(jìn)行異或后，再放入寄存器 VB108 中。將數(shù) 8 放入寄存器 VB111 中。 網(wǎng)絡(luò) 5:置標(biāo)志位 0。 網(wǎng)絡(luò) 6:當(dāng)位 為 1 時，將位 置 1。 網(wǎng)絡(luò) 7:將 VW107 中的數(shù)右移一位，再放入 VW107。 網(wǎng)絡(luò) 8:當(dāng)位 為 1時，即若向右（標(biāo)記位）移出的數(shù)位是 1 時，則將 VW107 中的數(shù)與 16A001 異或，再放入 VW107 中。 網(wǎng)絡(luò) 9:將 VB111 中的數(shù)減 1。 網(wǎng)絡(luò) 10:程序跳至標(biāo)志 0 處，直到 VB111 中的數(shù)減至 0時，才往下執(zhí)行。 網(wǎng)絡(luò) 11:將 VD200 中的地址加 1，即是將 VB102 的地址放入 VD200 中去。 網(wǎng)絡(luò) 12:將 VB109 中的數(shù)減 1。 網(wǎng)絡(luò) 13: 程序跳至標(biāo)志 1 處，直到 VB109 中的數(shù)減至 0 時，才往下執(zhí)行。 網(wǎng)絡(luò) 14:將 VB108 中的數(shù)放入 VB112 中，再將 VB107 中的數(shù)放入 VB108 中 ，最后將VB112 中的數(shù)放入 VB107 中，即將 VD107 中數(shù)的高 8 位和低 8位交換。 陜西科技大學(xué)畢業(yè)論文 （設(shè)計說明書） 26 第五章 系統(tǒng)的設(shè)計實(shí)現(xiàn) 系統(tǒng)結(jié)構(gòu) PLC 控制系統(tǒng)與系統(tǒng)構(gòu)建 一般來說， PLC 控制系統(tǒng)有以下三種類型 :單機(jī)系統(tǒng)，集中控制系統(tǒng)，分布式控制系統(tǒng)。 圖 51 PLC 單機(jī)系統(tǒng) 圖 52 PLC 集中控制系統(tǒng) 由于本系統(tǒng)現(xiàn)場只有九臺電機(jī)，可以使用一臺 PLC 進(jìn)行多個對象的控制，另外，為了現(xiàn)場操作人員的直觀方便的使用，需要給予現(xiàn)場操作的人機(jī) 界面，同時為了工程師修改、調(diào)試和監(jiān)控程序運(yùn)行的需要，設(shè)置了上位機(jī)，這里我們不給予介紹。 圖 53 PLC 分布式控制系統(tǒng) .工業(yè)現(xiàn)場 包括真空伏輥電機(jī)、真空壓榨電機(jī)、正壓電機(jī)、大缸（主）電機(jī)、二缸電機(jī)、組烘缸驅(qū)動電機(jī)、施膠電機(jī)、壓光電機(jī)、卷取部電機(jī)、現(xiàn)場操作面板。 現(xiàn)場操作面板把控制電動機(jī)的指令通過總線傳到配電室的 PLC，通過 PLC 內(nèi)的設(shè)定程序，通過 Modbus 總線對現(xiàn)場的電機(jī)進(jìn)行相應(yīng)的控制，現(xiàn)場的電機(jī)通過變頻器的參數(shù)設(shè)定進(jìn)行自動調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場的電動機(jī)的自動控制。 S7200PLC 在紙機(jī)傳動中的應(yīng)用 27 本系統(tǒng)中，對 每一臺電機(jī)采用一臺變頻器來進(jìn)行頻率的調(diào)節(jié)控制。通過 PLC 輸出的模擬量信號作為變頻器的控制端輸入信號，由總線 Modbus 作為信號的傳輸通道，完成對電動機(jī)的自動控制。變頻調(diào)速器對電機(jī)具有完善的自我保護(hù)和電機(jī)保護(hù)的功能。它通過接受 PLC 的信號控制電機(jī)轉(zhuǎn)速大小，并且向 PLC 反饋?zhàn)陨淼墓ぷ鳡顟B(tài)信號，當(dāng)發(fā)生故障時，能夠向 LPC 及上位機(jī)發(fā)出報警信號。由于變頻調(diào)速是通過改變電動機(jī)定子供電頻率以改變同步轉(zhuǎn)速來實(shí)現(xiàn)的，故在調(diào)速過程中從高速到低速都可以保持有限的轉(zhuǎn)差功率，因此具有高效率、寬范圍、高精度的調(diào)速性能。 為了保證系統(tǒng)的 可靠性，采用較高性能的 PLC：西門子 S7200，由于電機(jī)的控制不算復(fù)雜，選用 ABB 公司的 ACS550 系列變頻器可以滿足電機(jī)的控制要求，并且更加經(jīng)濟(jì)，性價比較高。 （ 1）傳動系統(tǒng)中央監(jiān)控站 用于制漿造紙工業(yè)多電機(jī)傳動系統(tǒng)的中央監(jiān)視及操作控制系統(tǒng)，由一臺工控機(jī)以及打印機(jī)，工業(yè)監(jiān)控組態(tài)軟件等組成。上位 CP 接受 PLC 采集的信息，對監(jiān)控對象進(jìn)行故障報警以及參數(shù)顯示 :可以修改和監(jiān)視 PLC 內(nèi)的控制程序的運(yùn)行，可以調(diào)節(jié)和修改變頻器的參數(shù)，也可以控制現(xiàn)場的每一臺電動機(jī)。在本系統(tǒng)中，它具有生產(chǎn)工業(yè)流程圖顯示、電機(jī)啟動停止控制 、變頻器工作狀態(tài)顯示、事故報警信息顯示、變頻器運(yùn)行參數(shù)設(shè)置和顯示速度、速差、負(fù)荷及驅(qū)動實(shí)際曲線的顯示等功能。