三菱FX2N扩展Modbus参数采集模块的应用研究

杜文蛟

摘要：针对生产工艺的改进，对某加工设备控制系统的三菱FX2N可编程控制器进行改造。根据FX2N控制系统扩展参数采集功能的要求，选用支持Modbus协议的变送器模块，构建测量与控制网络，说明硬件、软件组态，并给出相关的参考程序。

关键词：电气自动化；FX2N；Modbus；变送器；组态；程序

中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1674-1161（2015）06-0045-02

某加工设备控制系统采用三菱FX2N可编程控制器，但因生产工艺改进，需要增加生产过程中多点温度采集与控制及交流电动机电流参数采集，以实现过程参数的监视和工艺的控制。设计要求是在原有控制系统的基础上加以改造，测量点距离控制柜20 m以内。

1 设计方案确定

根据用户的设计要求，拟选择以下扩展方案。第一种方案：扩展三菱模拟量输入和输出模块，增加温度变送器和电流变送器，实现参数采集。当测量点较多时，需要扩展多个模拟量模块，连接多个变送器，接线量大，且需要温度控制，这就增加了软件系统的负担。应用这一方案时，FX2N系统扩展功能模块的能力有限，倘若原有系统已有扩展模块，则扩展能力受到一定的限制。第二种方案：扩展FX2N串行通信口，增加支持Modbus总线协议的一体化智能变送器，构成基于RS485接口的数据测控网络。支持Modbus总线协议的一体化智能变送器，抗干扰能力强，通信距离远，功能强大，使用方便。1个主站可以在50 m范围内挂接几十个从站，使用中继器更可让通信距离扩大到数百米以上。这种一体化智能变送器具有很好的性价比，在工控领域应用广泛。因此，本研究选用Modbus网络实现系统参数采集与控制。

以扩展通讯接口的FX2N可编程控制器为Modbus主站，负责整个系统控制；智能变送器模块作为Modbus从站，进行数据采集与控制。主站与各从站之间仅需连接1根通讯电缆，接线量大大减少。选用具有温度测量与控制功能的智能变送器，可以有效减少系统软件负担。

2 设备选择

1） 选用三菱FX2NC-485ADP通信扩展模块，支持半双工模式，通信距离可达500 m。使用该模块需要增加FX2N-CNV-BD转接板。

2） 选用台达4通道温度测控模块DTE10T+DTE20V（电压脉冲输出模块，固体继电器控制专用），支持Modbus ASCII/RTU协议，具备温度自整定功能，适用各种常用的温度传感器。选用域信PFKI2221交流电流变送器，支持Modbus RTU协议。二者均自带设置软件。

3 硬件组态与接线

FX2N的通信设定有两种方法：一是通过编程调试软件（如GX-Developer）完成；二是在梯形图程序中使用传送指令完成。使用编程调试软件时，双击工程列表下的【参数】—【PLC 参数】，在PLC系统2页面，设置为：无协议通信，9 600 bps，8位数据，1位停止位，无校验，无报头、报尾，控制线为无协议的RS485接口，即D8120=H0C81。然后，选择工具菜单中的【在线】—【PLC写入】—【参数】即可。

温度测控模块的设置使用DTE-CHS软件，需要设置温度传感器类型、通道输出允许、温度设定值等。通信参数需要与FX2N保持一致，即：9 600 bps，8位数据，1位停止位，无校验，Modbus RTU模式。电流变送器的通信参数设置与温控模块相同。

FX2N主站与参数模块从站的接线比较简单，只需将RS485两条通讯线SDA，SDB对应串行连接即可。

4 FX2N软件组态

FX2N没有提供Modbus从站读写指令，用户可以使用其无协议通信指令（RS）实现Modbus读写功能。通常Modbus从站模块都支持功能03（读模块保持寄存器，如测量结果）和06（写模块保持寄存器，如设定值），使用RS指令按照Modbus协议的要求进行数据的发送和接收，可实现从站模块的读写功能。以功能03为例，RTU模式，在通信正常情况下，主站发送数据、从站响应数据的格式见表1和表2。

CRC校验参考子程序如图1所示。

子程序人口参数：校验数据首地址（D100），使用变址寄存器V1间接寻址；校验数据个数（D20）。

子程序出口参数：CRC校验结果低8位（D（100+校验数据个数））；CRC校验结果高8位（D（100+校验数据个数+1））。

CRC码的计算方法是：先预置16位校验寄存器全为1，再逐步进行8位数据信息处理。CRC计算只用8位数据位，起始位、停止位和奇偶校验位均不参与计算。在计算CRC码时，8位数据与校验寄存器的数据相异或，得到的结果向低位移1字节，用0填补最高位。再检查最低位：如果最低位为1，把寄存器的内容与预置数相异或；如果最低位为0，不进行异或运算。这个过程一直重复8次。第8次移位后，下一个8位数据再与校验寄存器的内容相异或，这个过程也重复8次。当所有数据信息处理完，最后寄存器的内容即为CRC码值。CRC码中的数据在发送、接收时，低字节在前。

需要注意的是：如果不需要频繁更改温度设定值，可以使用温度测控模块的设置软件设定温度；如果需要经常更改设定温度，则需要使用功能06，即写Modbus从站指令实现温度值设定。

5 结论

采用基于Modbus的参数测量与控制改造方案，性价比高，扩展能力强，硬件组态简单，软件设计工作量小，稳定可靠。

参考文献

[1] 石黄霞，马瑞军，从大鹏.三菱FX2N可编程控制器在高校供电系统中的应用[J].新疆职业大学学报，2007（1）：91-93.

[2] 刘杰，阳林，陈超丽.三菱FX2N系列PLC与PC通讯的简易实现[J].制造业自动化，2006（1）：65-67.

[3] 韩晓春，李慧君，张万忠.可编程控制器步进指令编程的研究[J].石家庄学院学报，2005（6）：51-53.

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