三菱FX2N擴展Modbus參數(shù)采集模塊的應用研究

杜文蛟

摘要：針對生產(chǎn)工藝的改進，對某加工設備控制系統(tǒng)的三菱FX2N可編程控制器進行改造。根據(jù)FX2N控制系統(tǒng)擴展參數(shù)采集功能的要求，選用支持Modbus協(xié)議的變送器模塊，構(gòu)建測量與控制網(wǎng)絡，說明硬件、軟件組態(tài)，并給出相關(guān)的參考程序。

關(guān)鍵詞：電氣自動化；FX2N；Modbus；變送器；組態(tài)；程序

中圖分類號：TP273 文獻標識碼：A 文章編號：1674-1161（2015）06-0045-02

某加工設備控制系統(tǒng)采用三菱FX2N可編程控制器，但因生產(chǎn)工藝改進，需要增加生產(chǎn)過程中多點溫度采集與控制及交流電動機電流參數(shù)采集，以實現(xiàn)過程參數(shù)的監(jiān)視和工藝的控制。設計要求是在原有控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上加以改造，測量點距離控制柜20 m以內(nèi)。

1 設計方案確定

根據(jù)用戶的設計要求，擬選擇以下擴展方案。第一種方案：擴展三菱模擬量輸入和輸出模塊，增加溫度變送器和電流變送器，實現(xiàn)參數(shù)采集。當測量點較多時，需要擴展多個模擬量模塊，連接多個變送器，接線量大，且需要溫度控制，這就增加了軟件系統(tǒng)的負擔。應用這一方案時，F(xiàn)X2N系統(tǒng)擴展功能模塊的能力有限，倘若原有系統(tǒng)已有擴展模塊，則擴展能力受到一定的限制。第二種方案：擴展FX2N串行通信口，增加支持Modbus總線協(xié)議的一體化智能變送器，構(gòu)成基于RS485接口的數(shù)據(jù)測控網(wǎng)絡。支持Modbus總線協(xié)議的一體化智能變送器，抗干擾能力強，通信距離遠，功能強大，使用方便。1個主站可以在50 m范圍內(nèi)掛接幾十個從站，使用中繼器更可讓通信距離擴大到數(shù)百米以上。這種一體化智能變送器具有很好的性價比，在工控領(lǐng)域應用廣泛。因此，本研究選用Modbus網(wǎng)絡實現(xiàn)系統(tǒng)參數(shù)采集與控制。

以擴展通訊接口的FX2N可編程控制器為Modbus主站，負責整個系統(tǒng)控制；智能變送器模塊作為Modbus從站，進行數(shù)據(jù)采集與控制。主站與各從站之間僅需連接1根通訊電纜，接線量大大減少。選用具有溫度測量與控制功能的智能變送器，可以有效減少系統(tǒng)軟件負擔。

2 設備選擇

1） 選用三菱FX2NC-485ADP通信擴展模塊，支持半雙工模式，通信距離可達500 m。使用該模塊需要增加FX2N-CNV-BD轉(zhuǎn)接板。

2） 選用臺達4通道溫度測控模塊DTE10T+DTE20V（電壓脈沖輸出模塊，固體繼電器控制專用），支持Modbus ASCII/RTU協(xié)議，具備溫度自整定功能，適用各種常用的溫度傳感器。選用域信PFKI2221交流電流變送器，支持Modbus RTU協(xié)議。二者均自帶設置軟件。

3 硬件組態(tài)與接線

FX2N的通信設定有兩種方法：一是通過編程調(diào)試軟件（如GX-Developer）完成；二是在梯形圖程序中使用傳送指令完成。使用編程調(diào)試軟件時，雙擊工程列表下的【參數(shù)】—【PLC 參數(shù)】，在PLC系統(tǒng)2頁面，設置為：無協(xié)議通信，9 600 bps，8位數(shù)據(jù)，1位停止位，無校驗，無報頭、報尾，控制線為無協(xié)議的RS485接口，即D8120=H0C81。然后，選擇工具菜單中的【在線】—【PLC寫入】—【參數(shù)】即可。

溫度測控模塊的設置使用DTE-CHS軟件，需要設置溫度傳感器類型、通道輸出允許、溫度設定值等。通信參數(shù)需要與FX2N保持一致，即：9 600 bps，8位數(shù)據(jù)，1位停止位，無校驗，Modbus RTU模式。電流變送器的通信參數(shù)設置與溫控模塊相同。

FX2N主站與參數(shù)模塊從站的接線比較簡單，只需將RS485兩條通訊線SDA，SDB對應串行連接即可。

4 FX2N軟件組態(tài)

FX2N沒有提供Modbus從站讀寫指令，用戶可以使用其無協(xié)議通信指令（RS）實現(xiàn)Modbus讀寫功能。通常Modbus從站模塊都支持功能03（讀模塊保持寄存器，如測量結(jié)果）和06（寫模塊保持寄存器，如設定值），使用RS指令按照Modbus協(xié)議的要求進行數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收，可實現(xiàn)從站模塊的讀寫功能。以功能03為例，RTU模式，在通信正常情況下，主站發(fā)送數(shù)據(jù)、從站響應數(shù)據(jù)的格式見表1和表2。

CRC校驗參考子程序如圖1所示。

子程序人口參數(shù)：校驗數(shù)據(jù)首地址（D100），使用變址寄存器V1間接尋址；校驗數(shù)據(jù)個數(shù)（D20）。

子程序出口參數(shù)：CRC校驗結(jié)果低8位（D（100+校驗數(shù)據(jù)個數(shù)））；CRC校驗結(jié)果高8位（D（100+校驗數(shù)據(jù)個數(shù)+1））。

CRC碼的計算方法是：先預置16位校驗寄存器全為1，再逐步進行8位數(shù)據(jù)信息處理。CRC計算只用8位數(shù)據(jù)位，起始位、停止位和奇偶校驗位均不參與計算。在計算CRC碼時，8位數(shù)據(jù)與校驗寄存器的數(shù)據(jù)相異或，得到的結(jié)果向低位移1字節(jié)，用0填補最高位。再檢查最低位：如果最低位為1，把寄存器的內(nèi)容與預置數(shù)相異或；如果最低位為0，不進行異或運算。這個過程一直重復8次。第8次移位后，下一個8位數(shù)據(jù)再與校驗寄存器的內(nèi)容相異或，這個過程也重復8次。當所有數(shù)據(jù)信息處理完，最后寄存器的內(nèi)容即為CRC碼值。CRC碼中的數(shù)據(jù)在發(fā)送、接收時，低字節(jié)在前。

需要注意的是：如果不需要頻繁更改溫度設定值，可以使用溫度測控模塊的設置軟件設定溫度；如果需要經(jīng)常更改設定溫度，則需要使用功能06，即寫Modbus從站指令實現(xiàn)溫度值設定。

5 結(jié)論

采用基于Modbus的參數(shù)測量與控制改造方案，性價比高，擴展能力強，硬件組態(tài)簡單，軟件設計工作量小，穩(wěn)定可靠。

參考文獻

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Research on the Application of Mitsubishi FX2N Extended Modbus

Parameter Collection Model

DU Wenjiao

（Yingkou City Agricultural Engineering School， Yingkou Liaoning 115009， China）

Abstract： Aiming at the improvement of productive technology， to reform Mitsubishi FX2N programmable controller of a certain processing equipment control system. Based on the requests of the function of FX2N control system extended parameter collection， it selected transmitter module supported by Modbus agreement to construct measuring and controlling network， explain hardware and software configuration， and offer related reference program.

Key words： electric automation； FX2N； Modbus； transmitter； configuration； program