基于Modbus树莓派控制多台变频器的方法及应用实例
1 前言
推出树莓派产品的初衷是用于教育,它只有一个40脚的串行端口GPIO,直接应用它,只能做一些实验和简单的工程应用。今在GPIO上扩展RS485/GPIO模块,使它具有Modbus通讯能力,就可以实时控制变频器,从而开发出具有实用价值的工程项目。
图1是某冲床群控系统部分框图,介绍如下。
2 系统配置
图1硬件配置图
硬件配置:
变频器:汇川MD380+MD380IO1[1],树莓派:3B+RS485/GPIOShield For RPi V3.0。
软件配置:
修改树莓派配置:关闭蓝牙,关闭控制台,使串口专用于Modbus通讯。操作系统:Linux,编程软件:python_3.4.2,通讯软件:Modbus_tk_0.5.4,界面编程软件:pyqt5
3代码编制
3.1配置 Modbus_tk
设置modbus_rtu通讯模式,设置通讯参数:9600,8N1。读取变频器参数后,需要将数据存放在内存,以便后续处理,为此导入日志文件。
import serial
import modbus_tk
import modbus_tk.defines as cst
from modbus_tk import modbus_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")
import logging
3.2分割日志文件
读取的变频器运行数据存放在日志文件中,随着时间的推移,文件变得日益庞大,最后使系统瘫痪,因此,需要对日志文件进行分割,所谓分割,就是保留一部分记录,其余抛弃,达到瘦身目的。有2种分割方法①按文件大小分割②按时间间隔分割,本例按方法②分割,每2秒分割一次,最多保留5个文件。
下面的代码读取1#变频器起始地址为7000H的12个数据,存放在名称为“pzw”的日志文件中(分割后的日志文件及备份小于0.2MB),和程序文件放在同一文件夹内。
logger.info(master.execute(1,cst.READ_HOLDING_REGISTERS,28672,12))
from logging.handlers import TimedRotatingFileHandler
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 处理日志文件
为了准确获取5台变频器的参数,需要对日志文件“pzw”进行分析:
2018-05-2519:42:11,200--> 1-3-112-0-0-12-95-15
2018-05-25 19:42:11,306-<-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< p="">
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< p="">
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< p="">
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< p="">
2018-05-2519:42:11,965-(0, 2760, 3068, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 1057)
发现:①每条记录去掉头部日期时间后,第1个字符就是变频器的站号②含有变频器参数的记录的字符数远大于其他记录,根据这2个特点,编制如下代码:
with open( 'pzw') as file_object:
lines=file_object.readlines() #逐行读文件,存到表lines中
n=len(lines) #获取表的长度
for i inrange(n):
lines[i]=(lines[i])[27:] #截取表第27项到末尾,保存到表
iflen(lines[i])>63 and (lines[i])[0]=='1':#判断站号和是否是数据
abc1=lines[i] #存放到表abc1中
a1=abc1[7:] #截取表abc1第7项到末尾,保存到表a1
b1=a1.split('-') #以‘-’为分隔符将字符串分割为新的表
u0_00_1=str(float(int(b1[0])*256+int(b1[1]))/100) #变频器输出频率
self.l1_1.setText(u0_00_1+' Hz') #标签显示
................
u0_11_1=str((int(b1[22])*256+int(b1[23]))/4) #pt100左轴承温度
self.l7_1.setText(u0_11_1+' ℃')
iflen(lines[i])>63 and (lines[i])[0]=='2':
..................
iflen(lines[i])>63 and (lines[i])[0]=='3':
..................
if len(lines[i])>63and (lines[i])[0]=='4':
.................
if len(lines[i])>63 and (lines[i])[0]=='5':
...................................
上述代码对n条记录按照①②特点逐条进行判断,最后用5个if语句,获取文件“pzw”中所有满足条件的记录,代码充分展示了python语言强大的表处理能力,是整个应用程序的核心。
3.4 获取变频器参数值
上述矩形框内代码的作用是:对满足条件①②的记录进一步处理:抛弃前端7个字符(例1-3-24-)后余下26个字节就是变频器参数值和校验码,按表1即可编制读数程序[1
表1:
3.5 程序结构
“启动”“停车”“调速”等控制信号是非周期命令,读取变频器参数和显示数据是周期命令,为此,采用主线程-子线程结构模式。定义2个计时器模块QTimter[2],各定时2秒,在定时器1期间执行周期读数命令,在定时器2期间,执行非周期命令。流程见图2,构成2秒左右一个循环的程序执行过程。
图2 控制流程
3.6 操作界面
图3 人机界面(局部)
图3是操作界面,变频器的输出频率由计数器控件QSpinBox[2]设置,点击右边的上下箭头或直接用键盘敲入数字,可方便的进行设置。图2数据分别是:输出频率,运行电流,DI状态,DO状态,AI1、AI2、AI3。
4 研发体会和展望
读取变频器DI/AI信号(故障,流量,温度等),经过处理,得到整个系统设备的运行状态,在界面显示出来,再通过DO/AO输出开关信号或模拟信号(开/关阀,启/停泵,调节阀门开度等),控制其他设备。充分利用这些端口,相当于增加了一台具有:50个DI,25个DO,15个AI和10个AO的小型PLC,具体用法因篇幅所限本文不再介绍[1]。
在物联网三层体系结构中,PLC必须借助网关才能连接到外网,而树莓派集成了网络功能(有线/无线),实质上起着控制器和网关的双重作用。
Yeelink是国内目前最大的物联网云平台,它免费为公众提供云服务,通过Yeelink提供的App接口,进行相关的开发,即可实现产品远程监控。
树莓派应用于工程项目,无论是产品成本还是控制能力,都具有极大的实用价值和良好的开发前景。
参考文献:
[1] 汇川技术:MD380系列高性能矢量变频器用户手册V1.4
[2] 王硕、孙洋洋:PyQt5快速开发与实战,电子工业出版社,2017.10
第1作者:张双驰,男,工程师,自动控制产品研发
单位:金丰(中国)机械工业有限公司研发中心
单位地址:浙江省宁波市镇海经济开发区金丰路66号
职务:科长
手机:152 5786 0915
第2作者:潘芝渭, 男,1947.10,高级工程师,长期从事自动化产品研发
单位:金丰(中国)机械工业有限公司研发中心
单位地址:浙江省宁波市镇海经济开发区金丰路66号
职位:技术顾问
通讯地址:浙江省宁波市鄞州区水乡邻里花苑11幢28号604室
手机:138 6708 7963
邮箱 zjslhb002@163.com
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