Série Optidrive – Comunicação Modbus RTU via RS-485 com FBs

Neste tutorial vamos apresentar algumas formas de fazer uma comunicação Modbus RTU via RS-485 entre o CLP FBs e o Inversor de frequência Optidrive E3.

 

Componentes

Software: WinProladder v3.28

CLP: FBs-24MC com expansão CB25 

INVERSOR: E3

 

Seções do Tutorial

1. ARQUITETURA

2. DESENVOLVIMENTO

   2.1. Topologia 1: Controle do inversor via IO (padrão de fábrica) e leitura de dados (status) via RS-485 Modbus RTU

            2.1.1. Configuração do inversor Optidrive E3 (Escravo)

            2.1.2. Configuração do FBs (Mestre)

   2.2. Topologia 2: Controle do inversor via rede (controle pelo CLP) e leitura de dados (status) via RS-485 Modbus RTU

            2.2.1. Configuração do inversor Optidrive E3 (Escravo)

            2.2.2. Configuração do FBs (Mestre)

   2.3. Topologia 3: Alterar os parâmetros do inversor via rede

            2.3.1. Configuração do inversor Optidrive E3 (Escravo)

            2.3.2. Configuração do FBs (Mestre)

            2.3.3. Exemplo de Aplicação

 

1. ARQUITETURA

Na arquitetura deste tutorial iremos conectar o módulo expansão CB25 do FBs à um inversor Optidrive E3 por meio de um cabo de rede com conector RJ45 em uma ponta e sem conector em outra.

 

A ponta sem conector será ligada ao módulo CB25 e a ponta com conector RJ45 será ligada ao inversor. Os fios 7 e 8 do cabo de rede serão ligados aos pinos D- e D+ do módulo CB25, respectivamente. A imagem abaixo mostra a pinagem do conector RJ45 do inversor Optidrive E3.

 

 

2. DESENVOLVIMENTO 

Este tutorial foi dividido em três topologias básicas e todas as opções apresentam o CLP como Mestre e o inversor de frequência como Escravo na rede RS-485 Modbus RTU.

1. Acionamento do inversor padrão via IOs e CLP realizando apenas a leitura de Status;

2. Acionamento do inversor controlado totalmente via rede pelo CLP;

3. Alteração de parâmetros via rede e opção de controle misto IO e Rede.

Obs1.: As topologias acima foram separadas nas subseções deste capítulo para facilitar o entendimento e a leitura.

Obs2.: Ao fim deste tutorial, há nos anexos, o programa criado no WinProladder que foi utilizado como base no desenvolvimento deste tutorial.

 

 

2.1.  Topologia 1: Controle do inversor via IO (padrão de fábrica) e leitura de dados (status) via RS-485 Modbus RTU

Este controle pode ser por botoeira e potenciômetro ligados diretamente no painel elétrico ou então uma saída digital e uma analógica do CLP.

Mesmo que o controle do inversor esteja sendo executado via IO, muitas vezes é importante ter os status do inversor (frequência de saída, corrente do motor, torque do motor, entre outros) no CLP. Para aplicações deste tipo não é necessário realizar nenhuma alteração nos parâmetros do inversor.

 

 

2.1.1. Configuração do inversor Optidrive E3 (Escravo)

Por padrão de fábrica o inversor vem configurado para funcionar de acordo com as entradas digitais e analógicas.

 

Onde:

• DI1 (pino2): Liga/Desliga o motor;

• AI1 (pino6): Referência de frequência do motor.

O inversor de frequência vem de fábrica com somente 14 parâmetros habilitados para alteração, sendo necessário desbloquear o restante dos parâmetros no parâmetro P14. Altere o valor do parâmetro de 0 para 201 para liberar acesso a todos os parâmetros.

 

Os parâmetros da porta de comunicação do inversor estão no parâmetro P36.

Obs.: Neste caso é possível utilizar os parâmetros de fábrica para comunicação.

 

A tabela a seguir mostra os registradores Modbus do inversor:

 

 

2.1.2. Configuração do FBs (Mestre)

Com o projeto devidamente criado no WinProladder, vá na aba PLC, depois em Setting e por fim em Port 2 Parameter.

 

Na janela que abrirá, defina os parâmetros da porta de comunicação nos campos Baud Rate, Parity, Data bit e Stop bit. Os parâmetros configurados na imagem abaixo são os parâmetros default da comunicação no inversor. Após configurar os parâmetros, clique em OK.

 

Obs.: Para o inversor os parâmetros Parity, Data bit e Stop bit serão sempre None, 8 e 1, respectivamente. Algo diferente disso, ocasionará na falha de comunicação. Portanto, o único parâmetro que pode ser alterado na comunicação é o Baud Rate.

Para o FBs se comportar como Mestre da rede Modbus é necessário utilizar a função 150. Através desta função é possível implementar as relações Modbus. Clique no botão ‘F’ para adicionar uma função.

 

Após selecionar a posição onde o bloco será inserido a janela para selecionar a função será aberta. Digite 150 em Function Name e clique em OK.

 

Após clicar em OK, as opções da função serão apresentadas. Neste tutorial preenchemos da seguinte maneira:

 

Onde:

• Pt: Especifica a porta de comunicação que será utilizada. Os valores possíveis são: 1 = Port1, 2 = Port2, 3 = Port 3 e 4 = Port 4.

• SR: Registrador inicial da tabela de relações MODBUS. A quantidade de registradores utilizados após este registro é informada na tabela de relações.

• WR: Registrador inicial para controle interno da função. Ocupa 8 posições (WR+7).

Após configurar a função 150, é necessário adicionar a tabela Modbus com as relações. Para adicionar a tabela, vá na barra superior, clique em Project, vá até o campo ModBus Master Table e clique em Add ModBus Master Table.

 

 

Na janela Table Edit que abrirá, digite o nome que será dado na tabela em Table Name e o endereço do registrador inicial em Table starting address. O endereço do registrador inicial é o mesmo inserido em SR quando a função 150 foi criada (R5000). Por fim, clique em OK.

 

A janela para adicionar as relações Modbus abrirá. Clique no botão Add para adicionar uma relação. Uma nova janela será aberta para adicionar a relação. Nesta topologia utilizamos a seguinte relação:

 

Onde:

• Slave Station: Endereço do escravo configurado no parâmetro P36 do inversor. Como na subseção 2.1.1. estamos utilizando parâmetros default do inversor, deve ser utilizado o valor 1 para endereço escravo.

• Command: Função da relação. Read para leitura e Write para escrita de dados.

• Data Size: Quantidade de registradores. 

• Master Data Start Address: Endereço inicial do Mestre. 

• Slave Data Start Address: Endereço inicial da relação Modbus.

Após finalizar a configuração da relação Modbus, clique em OK.

 

Essa configuração de relação fará com que seja realizada a leitura dos registradores Modbus do inversor a partir do registrador 6, já que o endereço inicial da relação é 400006. Serão lidos 30 registradores do inversor a partir do 6, sendo os valores desses registradores armazenados no FBs a partir do registro R6.

 

 

2.2.  Topologia 2: Controle do inversor via rede (controle pelo CLP) e leitura de dados (status) via RS-485 Modbus RTU

Nesta topologia, iremos escrever valores no inversor de frequência para ligar, parar e enviar a frequência que desejamos que ele opere.

 

 

2.2.1. Configuração do inversor Optidrive E3 (Escravo)

Para utilizar essa topologia, primeiramente deve-se alterar o parâmetro P12 de comando do inversor. Esse parâmetro deve ser modificado de 0 (Terminal Control) para 3 (Modbus Network Control).

 

Altere o valor do parâmetro P14 de 0 para 201 para liberar acesso a todos os parâmetros e configure os parâmetros da comunicação no parâmetro P36. Os parâmetros P14 e P36 estão descritos mais detalhadamente na subseção 2.1.1. deste tutorial.

Obs.: Neste tutorial, estamos utilizando a configuração de fábrica do parâmetro P36.

 

Os parâmetros para escrever no inversor podem ser verificados na tabela abaixo:

 

Onde:

• Registrador 1 (Control Word): Utilizado para iniciar ou parar (START/STOP) o inversor através do bit 0. Maiores informações abaixo:

 

 

• Registrador 2 (Frequency Setpoint): É a Word onde o usuário escreve o valor de frequência que deseja que o inversor assuma. A frequência que o inversor irá assumir é a frequência escrita pelo usuário multiplicada por 10.

Obs.: A entrada digital DI1 precisa estar acionada para funcionar o controle do START/STOP via rede.

 

 

2.2.2. Configuração do FBs (Mestre)

A configuração do mestre no WinProladder é muito semelhante ao descrito na subseção 2.1.2. deste tutorial, porém agora será adicionada uma relação Modbus para escrever dados no inversor. Na tabela Modbus, clique no botão Add e configure a nova relação. A nova relação ficará conforme a imagem abaixo:

 

Essa configuração de relação fará com que seja escrito nos registradores Modbus 1 e 2 do inversor, pois o endereço inicial da relação é 400001 e a quantidade de registradores é 2. Através da configuração, o FBs utilizará os registros R0 e R1 para enviar os dados.

 

 

2.3.  Topologia 3: Alterar os parâmetros do inversor via rede 

É possível alterar os parâmetros do inversor via rede, ou seja, através do CLP ou outro mestre.

 

 

2.3.1. Configuração do inversor Optidrive E3 (Escravo)

Todos os parâmetros podem ser alterados seguindo a seguinte tabela:

 

Dica: Para simplificar a regra é bastante simples, basta pegar o número do parâmetro que quer alterar e somar 128, sendo assim:

Exemplo: Para alterar o parâmetro P03 – Accel ramp time (03 + 128 = 131). É necessário escrever no registrador 131.

Altere o valor do parâmetro P14 de 0 para 201 para liberar acesso a todos os parâmetros e configure os parâmetros da comunicação no parâmetro P36. Os parâmetros P14 e P36 estão descritos mais detalhadamente na subseção 2.1.1. deste tutorial.

Obs.: Como mencionado nas subseções 2.1.1. e 2.2.1., estamos utilizando a configuração de fábrica do parâmetro P36.

 

 

2.3.2. Configuração do FBs (Mestre)

A configuração do mestre no WinProladder e muito semelhante ao descrito nas subseções 2.1.2. e 2.2.2. deste tutorial, porém nessa topologia há algumas considerações importantes a serem feitas:

• Para estes parâmetros de escrita, o comando da relação Modbus precisa ser Single Write. Sendo assim cada escrita precisa ser feita de forma individual, sem utilizar blocos.

• Atenção com a escala, exemplo: Parâmetro P01 – Max speed limit (escrevendo 3000 = 50,0 Hz). Última coluna da tabela da subseção 2.3.1. tem todas as conversões.

 

Seguindo as considerações acima, a nova relação criada na tabela Modbus do FBs ficará da seguinte forma:

 

Conforme a relação criada, será possível escrever no parâmetro P03 do inversor, já que o registrador utilizado é o 131, pois o endereço Modbus é 400131. Também, segundo a relação criada, pode-se notar que para escrever no inversor será utilizado o registro R131 do FBs.

 

 

2.3.3. Exemplo de Aplicação

Esta subseção demonstra um exemplo de aplicação onde o recurso descrito nas subseções 2.3.1. e 2.3.2. acaba sendo uma boa alternativa.

Obs.: Neste exemplo, o inversor está com os parâmetros de fábrica.

Controle START/STOP via entradas digitais e referência de frequência sendo enviada via comunicação pelo CLP, seria um controle misto.

DI1 – START/STOP

DI3 – PRESET SPEED 01

O inversor é habilitado com o DI1, deixando o DI3 para START/STOP e controlando a referência de frequência via comunicação vindo do CLP, escrevendo a frequência no parâmetro P20 (preset speed 1), por meio do registrador 148, já que P20 + 128 = 148.