基于三菱PLC 的轮询通信方式在分切机上的应用

师锦航

（陕西国防工业职业技术学院，陕西西安 710300）

0 引言

分切机是一种将宽幅纸张、铝箔、无纺布等各种薄膜材料分切成多条窄幅材料的机械设备，在本例中分切机的收放卷由3 台电机完成，分别为：开卷电机、内卷电机和外卷电机，3 台电机分别受3 台变频器控制，系统构成如图1 所示。

图1 系统构成

FX5U PLC 与3 台变频器之间采用RS-485 串行通信方式，通信协议选择Modbus RTU。

Modbus RTU 协议是一种开放的串行通信协议，广泛应用于工业控制设备中。Modbus RTU 协议通过RS-232 或RS-485 串行接口，在主站与从站设备之间进行数据传输。任何使用Modbus RTU 通信协议的网络系统都将有一个Modbus 主站和至少一个Modbus 从站。在本项目应用中，三菱FX5U 系列PLC 作为Modbus RTU 主站，3 台变频器作为从站。

分切机设备运行时，FX5U PLC 既要实时地读取3 台变频器的运行频率、输出电流等运行状态数据，也要向3 台变频器写入频率、正转运行、反转运行指令等控制数据。

1 变频器Modbus 地址说明

主站PLC 需要读取的变频器状态数据与Modbus地址对应关系见表1，Modbus 地址7000H～7006H，共7 条数据，需要从3 台变频器读取的数据都相同，包括变频器的运行频率、设定频率、母线电压等，这些数据会在监控触摸屏上显示，以便现场设备操作人员了解设备的运行状态，当设备发生故障时设备维护人员也可通过这些数据分析故障原因。

表1 Modbus 读取地址

对于开卷变频器，PLC 向变频器写入的数据包括控制字和频率百分比。将变频器设置为速度控制模式，通过地址1000H 改变运行频率，通过地址7311H 发送控制字，写入数据与Modbus地址对应关系见表2。

表2 开卷变频器Modbus 写入地址

对于内卷和外卷变频器，除了需要写入频率百分比和控制字以外，还需要写入转矩百分比。将变频器设置为速度限幅的转矩控制模式，通过地址4003H 改变输出转矩百分比，写入数据与Modbus 地址对应关系见表3。

表3 内/外卷变频器Modbus写入地址

2 PLC 编程指令说明

对于三菱FX5U PLC，在进行Modbus RTU 通信时，需要用到ADPRW指令，通过执行ADPRW 指令使Modbus 串行通信的主站向从站发送功能码，以进行数据的读取及写入。ADPRW 指令格式如图2 所示，指令共包含6 个操作数，分别是S1～S6。ADPRW 指令各操作数含义见表4。

表4 ADPRW 指令各操作数含义

图2 ADPRW 指令格式

指令编程示例1 如图3 所示，当位变量M300 接通时执行ADPRW 指令，使用功能码06，PLC 向变频器（站地址为1H）的Modbus 地址7311H 写入控制字01H（控制变频器正转运行）。

图3 指令编程示例1

从M10 开始的3 个位地址即M10、M11、M12，用于指示ADPRW 指令的运行状态，指令执行时M10=1（否则M10=0），指令正常结束时M11=1（开始执行时M11=0），指令异常结束时M12=1（开始执行时M12=0）。

指令编程示例2 如图4 所示，当位变量M300 接通时执行ADPRW 指令，使用功能码03，PLC 读取变频器（站地址为1H）从7000H 开始的连续7 个Modbus地址（即7000H～7006H）的数据，并将读取到的值存入D210 开始的7 个寄存器中。同样的，从M10 开始的3 个位地址即M10、M11、M12，用于指示ADPRW 指令的运行状态，内容同上。

图4 指令编程示例2

3 采用轮询编程方式的程序结构

轮询方式就是PLC 依次循环执行多条通信指令，通过轮询方式可以保证同一时刻只有一条指令在执行，并可根据逻辑条件进行轮询跳转。

采用轮询编程方式的程序结构如图5 所示，当PLC启动时SM402 接通一个扫描周期，使位变量M100 置位，首先执行第一条ADPRW 指令，当该指令结束时（正常结束标志M11 或异常结束标志M12 产生上升沿）置位M101、复位M100。M101 置位后程序再执行第二条ADPRW 指令，当指令结束时（M14 或M15 产生上升沿）再次置位M100 并复位M101，M100 置位后程序又回到第一条ADPRW 指令继续执行，如此依次循环执行每一个ADPRW 指令。

图5 采用轮询编程方式的程序结构

4 分切机通信程序设计

分切机通信程序设计采用了轮询方式，在图6 程序中SM402 为PLC 运行后接通一个扫描周期的特殊继电器，利用该继电器可以进行程序初始化，例如本程序中置位M100，开始进行与3 台变频器的Modbus RTU 轮询通信。

图6 通信程序1

当位变量M100 接通后首先依次执行3 个ADPRW指令，使用功能码03 读取3 台变频器的运行状态数据，分别存入D210、D220、D230 起始的7 个数据寄存器内。

当第三条ADPRW 指令执行完成后，根据位变量M0 的状态执行轮询跳转，M0=1 表示设备自动启动运行信号被触发（置位M200），M0=0 表示设备停止运行信号被触发（置位M300）。

在设备自动运行时位变量M200 接通，程序跳转至如图7 所示的轮询程序。程序依次执行多个ADPRW指令，通过功能码06 向3 台变频器写入控制字、频率百分比和转矩百分比数据，在最后一条ADPRW 指令执行完成后置位M100，程序又返回到第一条ADPRW指令继续轮询。

图7 通信程序2

当设备停止时位变量M300 置位，程序跳转至如图8 所示的轮询程序。程序依次执行多个ADPRW 指令，通过功能码06 向3 台变频器写入控制字00H（控制变频器停止），在最后一条ADPRW 指令执行完成后置位M100，程序又返回到第一条ADPRW 指令继续轮询。

图8 通信程序3

5 结束语

在分切机设备控制系统中，通过使用轮询方式编写的Modbus RTU 通信程序实现了PLC 与多台变频器之间的数据传输，一台FX5U 系列PLC 作为Modbus主站，3 台变频器作为Modbus 从站，PLC 不仅需要实时地读取变频器的运行状态数据，也需要不断地向变频器写入控制数据。

采用轮询方式编写的通信程序不仅可以提高程序运行的稳定性，也保证了通信数据传输的可靠性。在实际应用编程时，需要注意轮询程序的启动（本例中使用特殊继电器SM402 启动）和跳转（本例中使用位变量M0 跳转），也要注意轮询程序的返回，当程序执行到最后一条ADPRW 指令后使其返回到第一条ADPRW 指令位置继续开始循环。