基于LabVIEW与Modbus协议的变频器控制系统研究与实现

伺服控制　基于Ｌａ　ｂＶＩ　ＥＷ与Ｍ　ｏｄ　ｂ　ｕ　ｓ协议的　变频器控制系　统研究与实飙　Ａ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　ａｎｄ　Ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｉｎｖｅｒｔｅｒ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　Ｓｙｓｔｅｍ　Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ＬａｂＶＩＥＷ　ａｎｄ　Ｍｏｄｂｕｓ　ＰｒｏｔｏｃｏＩ　大连交通大学沈培富（Ｓｈｃｎ　Ｐｃｉｆｕ）冯庆胜（ｔ：ｃｎｇ（．）ｉｎｋ￣ｈｅｎｇ）　（Ｄａｉ　Ｓｈｕｉｕｎ）　大连天运电气有限公司戴淑军摘要：本文采用Ｍｏｄｂｕｓ协议实现变频器的多段速度控制。在ＬａｂＶｌＥＷ中使用ＶＩＳＡ函数库实现Ｐ１９０００　系列变频器与上位机进行Ｍｏｄｂｕｓ协议的通信。通过对上位机ＬａｂＶｌＥＷ中的操作使变频器输出多段速，　进而控制电机实现多段速度运行。经过试验验证该控制系统能够安全，可靠地完成对电机速度的调节，而　且具有较强的抗干扰能力。　关键词：Ｍｏｄｂｕｓ；ＬａｂＶｌＥＷ；变频器；串口通信　Ａｂｓｔ　ｒａｃｔ：ＴｈｉＳ　ｐａｐｅ　ｒ　ｓｔｕｄｉｅｓ　ｔｈｅ　ｍｕｌｔｉｓｔａｇｅ　Ｓｐｅｅｄ　ＣＯｎｔｒｏ１　ｏｆ　ｉＲＹｅ　ｒｔｅｒ，ｗｈｉｃｈ　ｉＳ　ｒｅａＩｉｚｅｄ　ｂｙ　ＵＳｉｎｇ　ｔｈｅ　Ｍ０ＤＢＵＳ　Ｐ　ｒｏｔｏｃｏＩ．Ｗｉｔｈ　ＵＳｉｎｇ　ＶＩＳＡ　ｉｎ　ＬａｂＶＩＥＷ　Ｉ＂１ｏｄｅ　ｆｕｎｃｔｉ０ｎ　Ｉｉｂ　ｒａ　ｒｙ．ＩｍＰＩｅｍｅｎｔｉｎｇ　ＰＩ９０００　ｓｅ　ｒｉｅｓ　ｆｒｅｑＵｅｎｃＶ　ＣＯｎｖｅ　ｒｔｅ　ｒ　ＣＯｍｍｕｎｉｃａｔｅｓ　ｗｉｔｈ　ＰＣ　ｉｎ　ＭｏｄｂＵＳ　Ｐ　ｒｏｔｏｃｏＩ．ＴｈｅＰ　ｒｏｇ　ｒａｍ．ｉｎ　ＬａｂＶ１ＥＷ，ｉＳ　Ｕｓｅｄ　ｔｏ　ｉｍＰＩｅｍｅｎｔ　ｔｈｅ　ｍｕＩｔｉｓｔａＲｅ　ｓｐｅｅｄ　０ｐｅ　ｒａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｍａｃｈｉｎｅ．Ａｆｔｅ　ｒ　ｔｅｓｔ　ｔｈｉＳ　ＣＯｎｔｒｏ【ｓｙｓｔｅｍ　ｎｏｔ　ｃａｎ　ｓａｆｅｌｙ　ａｎｄ　ｒｅｌｉａｂｌｙ　ｒｅｇｕｌａｔｅ　ｍｏｔｏｒ　ｓｐｅｅｄ，ｂｕｔ　ｅｌｓｅ　ｈａｓ　ｓｔｒｏｎｇ　ａｎｔｉ—ｊａｍｍｉｎｇ　ａｂｉｌｉｔｙ．　Ｋｅｙ　ＷＯ　ｒｄＳ：ＭｏｄｂＵＳ：ＬａｂＶ　ＪＥＷ：Ｉｎｖｅ　ｒｔｅ　ｒ：Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉ０ｎ　ｏｆ　ｓｅ　ｒｉａＩ　ｐＯ　ｒｔ　【中国分类号】ＴＮ７７３【文献标识码】Ｂ【文章编号】１５６１—０３３０（２０１７）１２—００８３—０４　：　，　面下，将　位机和卜俯机通过　ＲＳ２３２／ＲＳ４８５转换器组成　Ｉ】通信，　并通过存ＬａｂＶＩＥＷ　｝Ｊ对　序的编写　机的“　咖／命令”，或根据　ｊ　机　的“查　Ｕ／命令”做Ｈ　Ｉ　的动作。　本文，　机足指ＰＣ机，从机赴指　ｆ１前，现场总线控制技术越来　越成熟，Ｍｏｄｂｕｓ　议【大１其对传输数　据的ＣＲＣ校验使得数据的传输变得　平ＩＪ　变频器　参数设置实】＝ｊ＾！．ｆ　位机　汁算机对下化机变频器的多段速控　制，进　实脱变频器对ｌＵ机ｎ勺多段　ＰＩ９０００变频器。ＰＣ机和变频器通　的Ｍｏｄｂｕｓ命令码如表ｌＪ　示。　．．　ｕ　安拿、町意。因此　变频器串Ｉ＿】通讯　中广泛采用Ｍｏｄｂｕｓ　ｌ办议进　通信。　ＬａｂＶｌＥＷ因其简　易懂的　形化的　编　和丰富的功能模块使得程序　的绷　变搿简单、高效极大的缩短了　项目的，ｌ：发　期１２１。因此征一般数据　速的控制。　功能　代　ｉ　描述　坝器返ｌ¨ｊ的　１　殳从机参数　Ｏｘ０３　０　ｓ忉　同类型　从机参数　（）ｘ０６　ｍ　逝　１２｝ｉ　｛Ｉ　ｔｊ入命令　Ｍｏｄｂｕｓ　ｉ办议足　于　Ｍｏｄｂｕｓ　议仃ＲＴＵ干ｌ　ＩＡＳＣＩＩ　传输｝　足很人的１：２业测试控制・ＩＩ将　总线或网络连接的设备之　的客户机　／服务器通信协议。也是‘种土／从通　信ｆ办议。在网络　ｔ１只有一个设备（手机）　可以建立协议（称为“查询／　ＩＪｌＪ令”），　种传输模式，…Ｊ　ＲＴＵ模式较ＡＳＣＩＩ　仃车交高的数　律　以及　市Ｉ｛川波特　ＲＳ２３２或ＲＳ４８５通信接门与ＰＣ机的　串　连接卡勾成一个虚拟仪器系统是日　前一ｆ【｛】＿Ｉ　要的工业控制疗式。　小　ＬａｂＶＩＥＷ的图形化编　卜有较　ｎ，Ｊ　Ｉ止等ｊ，　以　）／ｋ打　书ｌ＿　此　中普遍使用ＲＴＵ模式，｝｝　１Ｊ　ＰＩ９０００　其他设备（从机）只能提供数据响应　系列变频器｝｛支持ＲＴＵ儆式１３］，　本迎也址卜安研究ＲＴＵ模式。Ｍｏｄｂｕｓ　议的ＲＴＵ模式　卜的数　帧必坝作为一个连线的流传输。如　帧传输完　成之前　趔过１．５个　：符时　的时ｆ刚间　，接收哎笛将刷　新　克　ｎ勺消息＂ｌ＿＿１　定　一个字节足新消息的地址域；　川样如粜一个帧　小Ｊ　３　５个字符时间内接着前一个帧，　么接收设箭就公认为足ｌ　一个帧的延续。　此Ｍｏｄｂｕｓ　协议规定　ＲＴｕ模式卜ｌ１ｊ　传输的帧内时间停坝不超过１．５　个　手：符¨“ｆ｝Ｊ：ｒＪＪ０ｉｌ、日Ｊ　『ｌ１ＪＩ＇ｉｔＪ隔超过３．５个　亍：符时间【　。　记　ｒｓ蒜线楚　：　变频　芝珐筑　ＰＩ９０００系列变频器是普传生产的一款高性能电流欠　量变频器，　内置Ｍｏｄｂｕｓ通信协议卡，通过板卡ｆ　的　ＲＳ４８５总线接【】可以　便的实现干Ｊ】控制系统的　Ｍｏｄｂｕｓ　协议的中行通信Ｊ５。　社台变频器车Ｊ】ＰＣ机组建的Ｍｏｄｂｕｓ接　线示意图如图１所示。　ｐ（：机　图１　Ｍｏｄｂｕｓ接线示意图　３．１　ＰＩ９０００变频器参数设置　变频　部定义　和Ｍｏｄｂｕｓ　议助能码卡Ｈ对应的　参数袋。为实现控制系统和变频　的通信　化机对变频　器的控制　７ｉ要对变频　的通信参数干ｕ控制命令进行设置，　分别如农２干¨表３所示。　ｌ　：薯．嚣ｔ　ｌ变频器￣Ｌｇｈｌ：　通讯参数　发定范　设定位　参数侦　３００ＢＰＳ～　Ｆ９　Ｏ０　波特聿：　ｌ１　５２００ＢＰＳ　９６００ＢＰＳ　６００５　无校验（数　Ｆ９　０１　奇偶佼　Ｏ～３　据格式８一Ｎ—　３　１）　Ｆ９　０２　从机地址　１～１２７　１　ｌ　Ｆ９．０５　通｜十Ｉ　义选择　标准／非　准　非标准　Ｏ　农２中，ｆ　位机和变频器的通讯参数设Ｌ苦婴保证完　全一样，　则无法实现通信。另外，变频器的步页牢源由其　内置的简易ＰＬＣ　序来给定，而命令源则通过　位机米　给定　恨击（ｊ　Ｍｏｄｂｕｓ干¨变频器通信的不ｆ　命令码可使变频　器远行　不１刊的状怠　，　１炭１所述，０６为从上位机向变　频　ｊ入控圳命令的控制字，通过向变频器写入不同的控　ＴＨＥ　ＷＯＲＩ—Ｄ　ＯＦ　ＩＮＶＥＲＴ！ＲＳ　《变频器世界》Ｄｅｃｅｍ　ｂｅｒ，２０１７、　制命令　使变频器处Ｊ　１　…１勺运行状念：０３为…　频器’ｊ　入状念字，通过向变频器　入不Ｍ地址的状念　ｒ　以　剑　变频　的吱际运行迷Ｊ耍，以及吱　１：、２　－　．，ｔ．ｊ　锋。　３．２　Ｍｏｄｂｕｓ串行通信实现　Ｎ１提供ｎ勺ＬａｂＶＩＥＷ　：处　ｆｆ５　ｕ迎　时通常他川Ｉ　ＶＩＳＡ节点，ＶＩＳＡ节点　置简　，涮川　使，　处　ｕ迎　时｝｛需　ＬａｂＶＩＥＷ－ｔ１　｝Ｉ＿　干｝１应的　点　【『＿’。　ＬａｂＶＩＥＷ提供的ＶＩＳＡ　点及功能　４所爪。　本文０　要用剑的ＶＩＳＡ竹点晒数　以及功能如　（Ｉ）卡』Ｊ始化　【＿＿】（ＶＩＳＡ　Ｃｏｎｆｉｇｕｒｅ　Ｓｅｒｉａｌ　Ｐｏｒｔ）　＾　‘毫　ｒ　。　变频器地址　通　参数　没定值　参数说叫　Ｆ０　Ｏ３　频　棼源ｊ　发　７　简　ＰＬＣ　序。Ｌ。Ｖ　．定　ＦＯ　０４　频　香　发　Ｏ　键蕊改定　６　　１红　Ｆ０　０７　频　叠加选择　０２　频　红　换　ＦＯ　１１　命令源　４　通讯命令｛　制　Ｆ０　ｌ　３　ＡＣＣ１　１　２００　２０ｍ列ｊ、　０．３７　５ｔｌＺ　Ｊ，Ｏ　）ｌ１１　ＦＯ　ｌ４　ＤＥ　Ｉ　１９２　３　２ｍ刈Ｊ、　３７　５｝ｔＺ一０为　０．８ｍ　ＦＯ　ｌ　５　加减速　化　（）　秒　Ｆ０】６　ＪＪｆｊ减速毖准　Ｏ　允　Ｆ０　１９　最人输…频　｝：　１　５（）　输ｆＩＩ　Ｊ４　ｖ，．人频？　Ｆ０　２１　频率　１　５０　运行　孩频　”保持，１　　ｌｉ　增　ｌＩ　Ｆ７　８　ＡＣＣ２　ｌ９２　３　２ｍ，６ｔｌ、　０—３７．５Ｈ为０　８　、　ｉ、　ｖＩ腻一ｒ｛：　ｖ１功能　ＶＩＳＡ　Ｃｏｎｇｆｉｇｍ’ｅ　Ｓｅｒｉａｌ　训　匕ｊＲ止　ｌ　Ｉ　Ｐｏｒｔ　ＶＩＳＡ　Ｗｒｉｔｅ　将数据　入剑数捌缓冲ＩＫ　ＶＩＳＡ　Ｓｅｒｉａｌ　Ｓｅｔｔｍｇ　ｉｌｆｊ许ｉ史取缓’１｝Ｉ１　，１　数　ＶＩＳＡ　Ｒｃａｄ　将数捌缓『Ｉ『　＿的数　陵入　钟＿｝Ｊｌ　ＶＩＳＡ　ＳｅｔＩ／ＯＢｕｆｆｅｒ　Ｓｉｚｅ　改　指定１／Ｏ　ｌ　Ｉ缓　ｌ　Ｉ≮人小　Ｖ１ＳＡ　Ｆｌｕｓｈ　Ｉ／Ｏ　Ｂｕｆｆ＿ｃ１’　消　；－－．４ｈ定Ｉ／Ｏ缓？【ｌ１　ＶＪＳＡ　Ｃｌｏｓｅ　廷　指定的　Ｉ　Ｉ，释放…资源　川　指定串ｆ＿Ｉ以及砹置干｝１戍的通讯参数，『』【ｌ波特牢、　奇偶校验、停Ｉ｝：他等。　（２）写入函数（ＶＩＳＡ　Ｗｒｉｔｅ）　ＪｔＪ　１　向奇仔　或　线　。ｊ入　制　命令，卡【ｌ　１ｌ、　Ｍｏｄｂｕｓ协议命令码ＬｌＩ的Ｏｘ０６。　（３）滇取字节数（ＶＩＳＡ　Ｓｅｒｉａｌ　Ｓｅｔｔｉｎｇ）　该　数上要是和读耳义函数　合　起，川Ｊ　墩米门　数据缓冲区・｛＿Ｉｎ勺：亍：节数。　（４）读墩函数（Ｖ１ＳＡＲｅａｄ）　』门丁　读墩缓存　数　缓７１ｌＩＩ　ＩｆＩ寄　器或线　的命令，　相应与Ｍｏｄｂｕｓ　议命令　中的０ｘ０３。　．　伺服控制　卜Ｒ＼　（）（（）　Ｔ｛　（）ｌ　（５）关闭函数（ＶＩＳＡＣｌｏｓｅ）　该函数用于关闭初始化的串口，并将串口资源释　放出来，便于其他串口调用。　ＬａｂＶＩＥＷ用于变频器控制系统的上位机程序设计，　其状态机图如图３、图４、图５所示。通电对指定的串　口初始化，然后选择变频器工作状态，并在不同的状态　下，依据Ｍｏｄｂｕｓ协议的数据格式向变频器写入不同的　控制字与状态字。在手动模式下，当辅设频率源有效时，　操作旋钮开关使参数７０２３为３或９实现变频器的手动　加速、减速。而当在自动模式下，主设频率源有效时，　则按照预先设置的变频器的加速、减速时间运行［５】。　ｆ　接通电源　１　＼　／　手动模式　———＿——一　自动模式　图３整体状态机　（　手动程序　／——————————————————、　）　＼一／　变频器按照预先设置的模式运行，速度曲线符合实际的要求：　当检测到按钮状态为０时，程序自动跳转到手动程序执行，从　图７运行的控制效果看，手动模式下，速度运行方式符合要求。　图８是程序运行框图，通过一　个条件结构来对自动干【１于动　模式进行选择。　图４手动程序状态机　５结束语　本文利用ＬａｂＶＩＥＷ中的ＶＩＳＡ节点实现了　位机和ＰＩ９０００　系列变频器基于Ｍｏｄｂｕｓ协议的串行通信，根据所获得的试验数　４试验结果　在ＬａｂＶＩＥＷ中，通过事件结构来检测到前面板手／　据，无论是在自动模式下还是在手动模式下，控制效果都很好，　自动按钮的状态，当检测按钮状态为１时，其程序跳转　为工业上采用变频器进行Ｍｏｄｂｕｓ协议的串行通信控制提供了一　到自动程序执行，从图６中的实际运行的速度曲线看｝Ｈ，　种简单可靠、便宜的新方式。