基于Modbus-RTU通讯的工业触摸屏与变频器控制系统

上海化工

ShanghaiChemicalIndustry

27··

工作研究基于Modbus-RTU通讯的工业触摸屏与变频器控制系统徐昌红

摘

要

余宏翔

315718）

海申机电总厂（象山）（浙江宁波

为实现设备的自动化运转，控制系统一般由触摸屏、可编程逻辑控制器（PLC）及模块、变频器和辅助器件接线复杂、电器成本高、对开等组成。这种控制方式抗干扰能力差、采集运行信号少、响应速度和精度差、并且在系统发生故障时不能快速定位故障点。为提高抗干扰发设计和调试人员在技术方面有较高要求，

能力、实现更简洁的控制、进一步提高响应速度和精度，用工业触摸屏通过Modbus通讯方式直接控制、采集运行数据并监控变频器的运行，达到相同控制效果下简化设计、提高自动化的目的。

关键词触摸屏PLC变频器Modbus协议宏语言

中图分类号TP273

自动化控制系统在工业控制领域应用十分广

多种控制模泛，已经普及到生产和生活的各个方面。式和手段可以实现设备的自动化运转，常规的设计

（指令，方法是通过触摸屏HMI）+可编程逻辑控制器（PLC）+变频器（控制）+辅助继电器+设备等一系列

器件来完成自动化控制。这种控制模式的工作原理

设置参数、显是：通过触摸屏人机界面来发送指令、示数据、监控设备状态，以曲线动画等形式描绘自动

利用PLC编程来实现逻辑和顺化控制过程和参数；

序控制；通过变频器和辅助继电器来控制现场设备的实际运行。这种常规控制模式的缺点是：PLC抗干扰能力差，尤其是受变频器发出的高次谐波的干扰尤为严重；变频器运行数据采集受PLC模块的限

采用点对点连接的方式，制；响应速度和精度差；设等等。为计线路和接线复杂、PLC及其模块成本高；

解决长期困扰工控行业的变频器干扰问题，进一步实现更简洁的提高控制响应速度和精度，降低成本，

省掉PLC和各种模块、控制，现介绍一种控制模式，继电器等辅助器件，用工业触摸屏直接通过Mod原bus-RTU通讯方式来控制和监控变频器的运行。

O模块和AI/AO模块）以点对点硬线连接的方式控

见图1。该制各类变频器的运行和给定运行频率等，

尤其是受变控制模式线路复杂，PLC抗干扰能力差，频器发出的高次谐波的干扰尤为严重。

通过PLC及其辅助模块（I/摸屏和PLC建立通讯后，

1.1.2

全新的控制模式（HMI+变频器）

为解决常规控制模式的种种缺陷，提高响应速

图1（HMI+PLC+变频器）逻辑模式常规控制

度、采集较多的运行数据、降低成本、实现更简洁的控制，用工业触摸屏通过Modbus-RTU通讯方式，配来代合宏语言（类似于VBScript语言的格式）编程，

替PLC实现简单的逻辑和顺序控制。该控制模式见图2，触摸屏配合变频器采用通讯方式读取参数并进行控制，能使控制系统更加简洁、抗干扰能力增

研究方向：电气高端自动化控制系统

1

1.1

控制系统简述

系统逻辑工艺

（HMI+PLC+变频器）1.1.1常规控制模式

触常规控制模式采用HMI+PLC+变频器控制，

男

1968年生

本科

高级工程师

第一作者简介：徐昌红

28··

上海化工第43卷

图2HMI+变频器控制逻辑模式

强1.2

，从而使新控制系统实现其功能更强的大方法及注意事项

。1.2.1为触顺摸屏利实现和变参频数器读的取连和线

控制功能，触摸屏和变频器必须具备以下2个条件：

（1）工业触摸屏具备RS-485通讯端口，符合标准Modbus-RTU通讯协议；

（2）变频器支持标准的Modbus-RTU通讯协

议1.2.2。

（1）通变讯频参器数设参数设置

置

变频器设置参数包括：标准Modbus-RTU协

议、站号、波特率、奇偶校验、停止位等通讯参数；控制信号和给定运行参数的来源、

地址的对应关系等。（2）触摸屏通讯端口的设置

触摸屏端口的站号、波特率、奇偶校验和停止位等通讯参数必须与变频器参数设置一致，否则无法

进行1.2.3通讯。

触变摸屏频器和功变能频码器与采触用摸屏Modbus-RTU通讯地址对应标准关的系

通讯协议。Modbus协议在一根通讯线上使用主从应答式连接（半双工），这意味着在一根单独的通讯线上信号沿着相反的两个方向传输。Modbus协议详细定义了校验码、数据序列等，这些都是特定数据交换的必要内容。

数据Modbus长度、CRC桢结检构验组码成。在：地地址址、功对应能码关、系开上始要地严址格、遵守Modbus所规定的桢结构。

例如：发出的

【020608990258CRC校验码】中：02表示站号为2；06表示预置单寄存器，写数据到执行机构的单个保持寄存器（16位字）；0899表

示开始地址，16#0899转化成10#2201；0258为数

据长度，16#0258转化成10#600；CRC为触了摸屏实现复对变杂频、精准器的程的控序制化功控能，

制

（为采宏校验码。1.2.4

用语触言摸屏编程）自带的宏指令（脚本程序）来进行编程，触摸屏的宏指令提供了应用程序之外附加的所需功能，通过宏语句编制的逻辑运算可以实现某些特定功能的函数运

算，它可以承担譬如较为复杂的运算、字符串的处理、使用者与工程设备之间的交流等功能。

通过一段宏语言来实现触摸屏与变频器设备之

间读取macro_command数据和计算功能的案例如下：

shortGetDate(q6GetDate(q6，q7main

（），\"MODBUS，q8，q9，q10

RTU\"，4x，2#1，GetDate(q7GetDate(q8，GetDate(q9，\"MODBUS，\"MODBUSRTU\"，4x，2#7，1)1)\"本机触摸屏RTU\"，4x，3#7，1)If

q6q10，\"本机then

触摸屏\"，\"LW，33，1)q9==，LW，34，1)

q10==q71151q9*-q8

endif10/91If

q6q9约跃=01151then

endq10=if0

SetDate(SetDate(q9q10，\"，本\"本机机触触摸屏摸屏\"，\"LW，LW，33，34，1)

，1)

2实际使Endmacro_command

用结果与讨论

为避免常规控制模式的弊端而采用了上述新逻

辑控制模式，通过实际应用和现场测试，发现新控制模式具有以下优点：

（1）大大提高了所控设备的自动化程度，缩短了车间部门的生产周期，简化了设计图纸，减少了接线的工作量；

（2）采集的数据多，可满足对精准响应和多数据采集的要求，且抗干扰能

力强，显著提高了自动化精度；

（3）节约了成本，可以省略PLC及其模块以及大量的辅助器件，

大大降低了电气成本；

（4）现场操作人员无需专业知识，操作简便、直观，便于用户操作和监控，

界面友好；（5）通过触摸屏内部宏语句编制的逻辑运算，可以实现

第9期

徐昌红等：基于Modbus-RTU通讯的工业触摸屏与变频器控制系统

29··

3

等等。PLC才能实现的某些特定功能的函数运算；

结语

用户长期应用实践的检验表明，多个离心机项目上，

这种控制模式使得电控系统稳定性良好，应用前景广阔。

参考文献：[1][2][3][4]

刘一帆.电气控制与PLC应用［M］人民范国伟，.北京：邮电出版社，2013.

王倩，张新豪.基于ModbusRTU通讯协议的上位机软件实现［J］（3）：.福建电脑，201219-20,12.

蒋天伟，赵京涛.ModbusRTU通信在CP340系统上的实现［J］（8）：.通信技术，2010，43253-254,257.商砚冰，等.S7-300PLC与设备进行Mod原王勇，苏杨，［J］（10）：busRTU通信方法.测控技术，2013，3290-92.

采用这种全新的触摸屏，通过Modbus通讯协

议直接控制变频器的控制系统，通过宏指令编程扩展对变频器进行简单的程序化控制，除了能降低成

减少高达40豫的本、增加读取运行参数的数据量、降低维护费用外，接线、缩短现场设备的调试时间、

并还解决了长期困扰工控行业的变频器干扰问题，直观。使得操作方便、

（象山）该控制系统已成功应用在海申机电总厂

收稿日期：2018年2月

IndustrialControlSystemConsistofTouchScreenand

FrequencyConverterbasedonModbus-RTU

Communication

composedoftouchpanel,

Abstract:Inordertorealizetheautomaticoperationoftheequipment,theautomaticcontrolsystemiscommonly

XUChanghongYUHongxiang

Thiscontrolmethodhasthedisadvantagesofpooranti-interferenceability,lessacquisitionoperationsignal,poorresponse

programmablelogiccontroller(PLC)andmodule,frequencyconverter,andauxiliarydevices.

speedandaccuracy,complexwiring,highcostofelectricalequipment,hightechnicalrequirementsfordevelopmentand

debuggingpersonnel,andcan'tquicklylocatethefaultpointwhenthesystemfailureoccurs.Inordertoenhancetheanti-interferenceability,torealizethemoreconcisecontrol,andfurthertoimprovetheresponsespeedandprecision,thepapercollectoperationdata,andmonitortheoperationofthefrequencyconverter.Thenewsystemhassimplifiedthedesignandimprovedthelevelofautomationonthebasisofsamecontroleffect.

Keywords:Touchpanel;PLC;Frequencyconverter;Modbusprotocol;Macrolanguage

introducedanewcontrolsystembasedonModbusprotocol,whichusedtheindustrialtouchscreendirectlytocontroland

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