基于Modbus樹莓派控制多臺(tái)變頻器的方法及應(yīng)用實(shí)例

張雙馳  潘芝渭

金豐（中國(guó)）機(jī)械工業(yè)有限公司研發(fā)中心

摘要：通過實(shí)例詳細(xì)介紹了樹莓派擴(kuò)展RS485/GPIO模塊，控制多臺(tái)變頻器的硬件設(shè)置、軟件配置及代碼編制方法。指出這種方法的獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)和應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：modbus_tk,樹莓派，匯川變頻器

1、前言

推出樹莓派產(chǎn)品的初衷是用于教育，它只有一個(gè)40腳的串行端口GPIO，直接應(yīng)用它,只能做一些實(shí)驗(yàn)和簡(jiǎn)單的工程應(yīng)用。今在GPIO上擴(kuò)展RS485/GPIO模塊，使它具有Modbus通訊能力，就可以實(shí)時(shí)控制變頻器，從而開發(fā)出具有實(shí)用價(jià)值的工程項(xiàng)目。

圖1是某沖床群控系統(tǒng)部分框圖，介紹如下。

2、系統(tǒng)配置

圖1硬件配置圖

硬件配置：

變頻器：匯川MD380+MD380IO1[1],樹莓派：3B+RS485/GPIOShieldForRPiV3.0。

軟件配置：

修改樹莓派配置：關(guān)閉藍(lán)牙，關(guān)閉控制臺(tái)，使串口專用于Modbus通訊。操作系統(tǒng)：Linux，編程軟件：python_3.4.2，通訊軟件：Modbus_tk_0.5.4，界面編程軟件：pyqt5

3、代碼編制

3.1配置Modbus_tk

設(shè)置modbus_rtu通訊模式，設(shè)置通訊參數(shù)：9600，8N1。讀取變頻器參數(shù)后，需要將數(shù)據(jù)存放在內(nèi)存，以便后續(xù)處理，為此導(dǎo)入日志文件。

importserial

importmodbus_tk

importmodbus_tk.definesascst

frommodbus_tkimportmodbus_rtu

PORT="/dev/ttyAMA0"

logger=modbus_tk.utils.create_logger('console')

master=modbus_rtu.RtuMaster(serial.Serial(port=PORT,baudrate=9600,bytesize=8,

parity='N',stopbits=1,xonxoff=0))

master.set_timeout(0.5)

master.set_verbose(True)

logger.info("connected")

importlogging

3.2分割日志文件

讀取的變頻器運(yùn)行數(shù)據(jù)存放在日志文件中，隨著時(shí)間的推移，文件變得日益龐大，最后使系統(tǒng)癱瘓，因此，需要對(duì)日志文件進(jìn)行分割，所謂分割，就是保留一部分記錄，其余拋棄，達(dá)到瘦身目的。有2種分割方法①按文件大小分割②按時(shí)間間隔分割，本例按方法②分割，每2秒分割一次，最多保留5個(gè)文件。

下面的代碼讀取1#變頻器起始地址為7000H的12個(gè)數(shù)據(jù)，存放在名稱為“pzw”的日志文件中（分割后的日志文件及備份小于0.2MB），和程序文件放在同一文件夾內(nèi)。

logger.info(master.execute(1,cst.READ_HOLDING_REGISTERS,28672,12))

fromlogging.handlersimportTimedRotatingFileHandler

if__name__=='__main__':

logFilePath='pzw'

logger=logging.getLogger('')

logger.setLevel(logging.INFO)

handler=TimedRotatingFileHandler(logFilePath,when='s',interval=2,backupCount=5)

formatter=logging.Formatter('%(asctime)s-%(message)s')

handler.setFormatter(formatter)

logger.addHandler(handler)

3.3處理日志文件

為了準(zhǔn)確獲取5臺(tái)變頻器的參數(shù)，需要對(duì)日志文件“pzw”進(jìn)行分析：

2018-05-2519:42:11,200-->1-3-112-0-0-12-95-15

2018-05-2519:42:11,306-<-1-3-24-0-0-14-16-16-232-0-0-0-0-0-0-0-0-0-0-0-0-1-252-1-240-0-134-87-101

2018-05-2519:42:11,395-(0,3600,4328,0,0,0,0,0,0,508,496,134)

2018-05-2519:42:11,396-->2-3-112-0-0-12-95-60

2018-05-2519:42:11,485-<-2-3-24-0-0-10-140-15-127-0-0-0-0-0-0-0-0-0-0-0-0-0-0-0-0-0-135-13-10

2018-05-2519:42:11,527-(0,2700,3967,0,0,0,0,0,0,0,0,135)

2018-05-2519:42:11,528-->3-3-112-0-0-12-94-237

2018-05-2519:42:11,614-<-3-3-24-0-0-10-240-15-217-0-0-0-0-0-0-0-0-0-0-0-0-0-2-0-1-0-32-7-88

2018-05-2519:42:11,655-(0,2800,4057,0,0,0,0,0,0,2,1,32)

2018-05-2519:42:11,656-->4-3-112-0-0-12-95-90

2018-05-2519:42:11,743-<-4-3-24-0-0-13-72-12-7-0-0-0-0-0-0-0-0-0-0-0-0-0-0-0-0-4-33-208-137

2018-05-2519:42:11,834-(0,3400,3079,0,0,0,0,0,0,0,0,1057)

2018-05-2519:42:11,835-->5-3-112-0-0-12-94-139

2018-05-2519:42:11,923-<-5-3-24-0-0-10-200-11-252-0-0-0-0-0-0-0-0-0-0-0-0-0-0-0-1-4-33-182-98

2018-05-2519:42:11,965-(0,2760,3068,0,0,0,0,0,0,0,1,1057)

發(fā)現(xiàn)：①每條記錄去掉頭部日期時(shí)間后，第1個(gè)字符就是變頻器的站號(hào)②含有變頻器參數(shù)的記錄的字符數(shù)遠(yuǎn)大于其他記錄，根據(jù)這2個(gè)特點(diǎn)，編制如下代碼：

withopen('pzw')asfile_object:

lines=file_object.readlines()#逐行讀文件，存到表lines中

n=len(lines)#獲取表的長(zhǎng)度

foriinrange(n):

lines[i]=(lines[i])[27:]#截取表第27項(xiàng)到末尾，保存到表

iflen(lines[i])>63and(lines[i])[0]=='1':#判斷站號(hào)和是否是數(shù)據(jù)

abc1=lines[i]#存放到表abc1中

a1=abc1[7:]#截取表abc1第7項(xiàng)到末尾，保存到表a1

b1=a1.split('-')#以‘－’為分隔符將字符串分割為新的表

u0_00_1=str(float(int(b1[0])*256+int(b1[1]))/100)#變頻器輸出頻率

self.l1_1.setText(u0_00_1+'Hz')#標(biāo)簽顯示

................

u0_11_1=str((int(b1[22])*256+int(b1[23]))/4)#pt100左軸承溫度

self.l7_1.setText(u0_11_1+'℃')

iflen(lines[i])>63and(lines[i])[0]=='2':

..................

iflen(lines[i])>63and(lines[i])[0]=='3':

..................

iflen(lines[i])>63and(lines[i])[0]=='4':

.................

iflen(lines[i])>63and(lines[i])[0]=='5':

...................................

上述代碼對(duì)n條記錄按照①②特點(diǎn)逐條進(jìn)行判斷，最后用5個(gè)if語(yǔ)句，獲取文件“pzw”中所有滿足條件的記錄，代碼充分展示了python語(yǔ)言強(qiáng)大的表處理能力，是整個(gè)應(yīng)用程序的核心。

3.4獲取變頻器參數(shù)值

上述矩形框內(nèi)代碼的作用是：對(duì)滿足條件①②的記錄進(jìn)一步處理：拋棄前端7個(gè)字符（例1-3-24-）后余下26個(gè)字節(jié)就是變頻器參數(shù)值和校驗(yàn)碼，按表1即可編制讀數(shù)程序[1]。

表1：

3.5程序結(jié)構(gòu)

“啟動(dòng)”“停車”“調(diào)速”等控制信號(hào)是非周期命令，讀取變頻器參數(shù)和顯示數(shù)據(jù)是周期命令，為此，采用主線程-子線程結(jié)構(gòu)模式。定義2個(gè)計(jì)時(shí)器模塊QTimter[2]，各定時(shí)2秒，在定時(shí)器1期間執(zhí)行周期讀數(shù)命令，在定時(shí)器2期間，執(zhí)行非周期命令。流程見圖2，構(gòu)成2秒左右一個(gè)循環(huán)的程序執(zhí)行過程。

圖2控制流程

3.5操作界面

圖3人機(jī)界面（局部）

圖3是操作界面，變頻器的輸出頻率由計(jì)數(shù)器控件QSpinBox[2]設(shè)置，點(diǎn)擊右邊的上下箭頭或直接用鍵盤敲入數(shù)字，可方便的進(jìn)行設(shè)置。圖2數(shù)據(jù)分別是：輸出頻率，運(yùn)行電流，DI狀態(tài),DO狀態(tài),AI1、AI2、AI3。

4、研發(fā)體會(huì)和展望

讀取變頻器DI/AI信號(hào)（故障，流量，溫度等），經(jīng)過處理，得到整個(gè)系統(tǒng)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，在界面顯示出來，再通過DO/AO輸出開關(guān)信號(hào)或模擬信號(hào)（開/關(guān)閥，啟/停泵，調(diào)節(jié)閥門開度等），控制其他設(shè)備。充分利用這些端口，相當(dāng)于增加了一臺(tái)具有：50個(gè)DI,25個(gè)DO,15個(gè)AI和10個(gè)AO的小型PLC，具體用法因篇幅所限本文不再介紹[1]。

在物聯(lián)網(wǎng)三層體系結(jié)構(gòu)中，PLC必須借助網(wǎng)關(guān)才能連接到外網(wǎng)，而樹莓派集成了網(wǎng)絡(luò)功能（有線/無線），實(shí)質(zhì)上起著控制器和網(wǎng)關(guān)的雙重作用。

Yeelink是國(guó)內(nèi)目前最大的物聯(lián)網(wǎng)云平臺(tái)，它免費(fèi)為公眾提供云服務(wù)，通過Yeelink提供的App接口，進(jìn)行相關(guān)的開發(fā)，即可實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品遠(yuǎn)程監(jiān)控。

樹莓派應(yīng)用于工程項(xiàng)目，無論是產(chǎn)品成本還是控制能力，都具有極大的實(shí)用價(jià)值和良好的開發(fā)前景。

參考文獻(xiàn)：

[1]匯川技術(shù)：MD380系列高性能矢量變頻器用戶手冊(cè)V1.4

[2]王碩、孫洋洋：PyQt5快速開發(fā)與實(shí)戰(zhàn)，電子工業(yè)出版社，2017.10