基于MODBUS总线的变频调速系统设计.docx

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1、基于MODBUS总线的变频调速系统设计本文对MODBUS总线在变频调速控制系统中的应用进展了讨论。介绍了MODBUS通讯协议的根本标准，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为根底，开发了基于MODBUS通讯的变频调速系统，并讲明了该系统的硬件组成和相关软件开发。关键词：MODBUS变频调速控制系统当代工业自动控制系统朝智能化、网络化和开放式构造的方向开展。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，将进步系统集成度和数据传输效率、延长有效控制间隔，并有利于进步系统抗干扰性能和扩展系统功能。在设备的底层控制

2、中，变频调速已成为当代电机控制技术的重要开展方向。假如把总线通讯与变频控制技术统一起来，将推动沟通电机群控技术以及设备远程监控技术的开展。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构造，独立于物理层介质，可以承载于多种网络类型中。MODBUS协议把通讯介入者规定为“主站Master和“从站Slave，数据和信息的通讯遵从主/从形式，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/应答的通讯

3、方式，主站发出恳求，从站应答恳求并送回数据或者状态信息，从站不可以自己发送信息。MODBUS协议定义的各种信息帧格式，描绘了主站控制器访问从站设备的经过，规定从站如何做出应答响应，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总线系统开发本钱低，简单易用，并且如今已有很多工控器、PLC、变频器、显示屏等都具有MODBUS通讯接口，所以它已经成为一种公认的通讯标准。通过MODBUS总线，可以很方便地将不同厂商消费的控制设备连成工业网络，进展集中监控。MODBUS最初为PLC通讯而设计，它通过24种总线命令

4、实现PLC与外界的信息交换。这些总线命令对应的通讯功能主要包括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，对其余命令不做反响。1.1MODBUS通讯格式MODBUS协议定义了两种传输形式，即RTURemoteTerminalUnit和ASCII。在RTU形式中，1字节的信息作为一个8位字符被发送，而在ASCII形式中那么作为两个ASCII字符被发送，如发送字符“20时，采用RTU形式时为“00100000，然而采用ASCII形式那么成为“00110010“00110000ASCII字符的“2和“0。可见，发送同样的数据时，RTU形式的效率大约为ASC

5、II形式的两倍。一般来讲，数据量少而且主要是文本时采用ASCII；通讯数据量大而且是二进制数值时，多采用RTU形式。1.2CRC校验的实现MODBUS通讯的RTU形式中，规定信息帧的最后两个字节用于传递CRCCyclicRedundancyCheck，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展位移并进展XOR异或者计算，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展传输。接收方在收到该信息帧时按同样的方式进展计算，并将结果同收到的CRC码的双字节比拟，假如一致就以为通讯正确，否那么以为通讯有误，从站将发送CRC错误应答。RTU形式

6、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校验的定义公式进展计算，或在程序中建立CRC校验值表。在程序中使用前者更轻易实现，这里需要使用CRC生成多项式X16X15X21。该多项式对应的码组系数为18005H16进制，去除最高位，对应的16位余数为8005H，即为CRC-16常数。CRC-16校验经过如下：将CRC存放器的每一位预置为1；把该存放器值与8bit的信息帧数据进展异或者，结果存于该存放器；对CRC存放器从高到低进展移位，在最高位MSB的位置补零，而最低位LSB，移位后已经被移出CRC存放器假

7、如为1，那么把存放器与CRC-16常数进展异或者，否那么假如LSB为零，那么无需进展异或者。重复上述的由高至低的移位8次，第一个8bit数据处理完毕，用此时存放器的值与下一个8bit数据异或者并进展如前一样的8次移位。所有的字符处理完成后CRC存放器内的值即为最终的CRC值。CRC添加到消息中时，先参加低字节，然后高字节。2变频控制的根本原理根据电机学原理,沟通电动机转速公式为:n=1-sn0=60f1-s/p式中：n为电动机转速；n0为同步转速；f为电源频率；p为电动机磁极对数；s为转差率。由上式可知，当p和转差率s不变时，电动机转子转速n与定子电源频率f成正比，连续改变异步电机供电电源的频

8、率，那么可连续平滑地调节电动机的转速。这即是变频器的工作原理。通用型变频器根本上采用V/F控制方式，即变频器输出电压的频率F和输出电压幅值U同时得到控制，并保证V/F的值恒定。工作时，变频器主电路实现沟通直流沟通的变换经过，内部微控制器根据现场设定信号调节PWM输出频率，它控制了MOSFET管的导通时间，改变主电路的输出频率，实现调节电机的输出转速的目的。变频器自带有完善的保护功能，如过流、过压、欠压、过热、过载等功能。当电机发生堵转等故障时,变频器应可靠跳闸，以保护电机。变频器每次故障都有故障记忆，可将最新的故障记忆下来，以便运行人员进展故障分析。如今很多变频器都带有PID功能，承受速度传感器信号，在变频器内部完成闭环控制功能。3结语我们将本文开发的MODBUS总线控制变频调速系统应用于月饼自动包陷消费线中。在该消费线上，以单片机为核心的控制器通过MODBUS总线控制4台V7变频器，这4台变频器通过变速机构和电机分别控制一个月饼的外陷量、内陷量、皮量和刀盘的收口频率。理论说明，MODBUS总线通讯、变频调速和液晶显示技术的应用，减少了控制系统的布线数目，进步了系统集成度和可靠性，月饼成分可在大范围内随意调整，其良好的用户界面大大改善了设备的操纵性能，提升了产品的市场竞争力。因此，直接利用MODBUS协议对其组网监控，是机械设备控制系统获得低本钱、高性能的好途径。