利用Modbus協議實現垂直螺旋卸車機取料器自動調速方法

楊平

摘 要：垂直螺旋卸車機集料器速度控制方法，用于垂直螺旋卸車機集料器運行速度受到垂直螺旋卸車機主螺旋運行狀態限制，從而限制了垂直螺旋卸車機集料器物料進入的多少，解決垂直螺旋卸車機主螺旋堵料的問題。

關鍵詞：垂直螺旋卸車機；編碼器；變頻器；物理層；I/O端子

中圖分類號：TQ520 文獻標識碼：A

0.前言

Modbus通信協議被廣泛應用于工業現場控制系統的自動化設備中。S7-200SMART系列PLC是西門子新推出的小型緊湊型可編程控制器，適用于各種自動化系統。全新的S7-200SMART擁有兩種不同的CPU模塊，標準型和經濟型。全方位地滿足不同的行業需求。標準型作為可擴展CPU模塊，可滿足對I/O規模有較大需求，邏輯控制較為復雜的應用；而經濟型CPU模塊直接通過單機本體滿足相對簡單的控制要求。S7-200SMART支持多種通信協議，Modbus RTU、PPI、USS和用戶自定義的自由口通信協議。用戶完全可以使用Modbus通信協議把S7-200SMART和其他設備連接在一起。

1. Modbus協議概述

Modbus通信協議是應用于電氣自動化控制系統上的一種通用語言。通過此協議，智能控制器相互之間、智能控制器通過網絡（例如Internet）和其他設備之間可以通信。Modbus協議定義特定的傳輸格式，消息的傳輸方式為異步，并以字節為單位，主站與從站之間傳遞的信息是11位的字格式。有奇偶校驗位、起始位i額、數據位、停止位。主站尋址某一個從站時，與主站發送的地址碼相符的從站接收到命令，如果奇偶校驗無錯誤，則執行相應的操作，然后把執行結果回送給主站，否則不返回任何信息。

1.1 Modbus協議分類

Modbus協議分為：ModBus RTU通信協議，ModBus ASCII通信協議，ModBus TCP通信協議。

1.2 Modbus RTU通信格式

本系統主設備為S7-200 PLC，從站設備為兩臺變頻器。主站以廣播方式和所有從站通信。如果單獨通信，從站返回一消息作為回應，如果是以廣播方式查詢的，則不作任何回應。

通信格式為：1個起始位，8個數據位，無校驗位，1個停止位。波特率：9600。消息發送至少要以3.5個字符時間的停頓間隔作為開始。

2.集料器速度控制

2.1 背景技術

現在垂直螺旋卸車機使用的主螺旋電機、集料器電機的控制方式為星三角變換啟動，兩個電機獨立控制，啟動轉動慣量大，對機械結構的沖擊大，交流接觸器觸點粘連頻繁，主螺旋機構容易發生堵料造成主螺旋電機燒毀。而采用主螺旋電機、集料器電機分別用變頻器驅動，并由PLC與變頻器進行MODBUS通信，通過主螺旋電機的電流大小，調節集料器電機的運行速度的控制方式，減少了電機啟動對機械結構的沖擊，減少故障率，避免了由于主螺旋機構發生堵料造成主螺旋電機燒毀，提高了生產效率。

2.2 控制原理

系統機械結構示意如圖1所示。

電氣系統硬件組成為：PLC西門子S7-200 SMART CPU，變頻器西門子G120系列，觸摸屏威綸EMT3120，編碼器宜科EB100P。

2.3 實現方法

垂直螺旋卸車機主螺旋電機與集料器電機分別裝有編碼器，并分別通過變頻器進行閉環矢量控制，兩個變頻器與PLC建立Modbus通信，PLC讀取寫入變頻器參數，主螺旋電機的電流大小影響著集料電機的速度，主螺旋電機的電流過大達到上限時，集料電機轉速降低甚至停止，直到主螺旋電機的電流恢復正常，避免了主螺旋機構堵料，甚至燒毀主螺旋電機，變頻器的狀態信號通過PLC的I/O端子進行狀態監控。

2.3.1 通信電纜連接

用電纜將S7-200 Port 1端口與G120的RS485接口相連（注意端口連接規則：G120的P+對3、N-對8）

2.3.2 變頻器參數設置

G120可以通過選擇連接宏Cn011實現Modbus RTU控制，也可以通過直接更改變頻器參數的方法來實現。參數設置如下所示：

參數P0700，實際設置值5

參數P1000，實際設置值5

參數P2023，實際設置值2

參數P2010，實際設置值6

參數P2021，實際設置值3

參數P2022，實際設置值2000

參數P2014，實際設置值0

2.3.3 PLC程序（圖2）

結語

綜合以上內容，對Modbus協議做出了簡單介紹，闡述了西門子S7-200SMART PLC通過RS485物理接口與G120變頻器進行通信控制。在程序實例中也體現了MBUS_CTRL指令和MBUS_MSG指令的應用。該方法通過監控主螺旋電機的電流數值來控制取料器電機的轉速，避免了因物料過多的攝入而導致主螺旋電機的過載，甚至燒毀，提高了垂直螺旋卸車機的卸車效率。

參考文獻

[1夏勇. Modbus通信協議在S7-200通信中的應用[J].自動化與儀器儀表，2009（1）：1-2.

[2]西門子. S7-200 SMART系列可編程控制器系統手冊[Z].