基于Modbus树莓派控制多台变频器的方法及应用实例

张双驰 潘芝渭

金丰（中国）机械工业有限公司研发中心

摘要：通过实例详细介绍了树莓派扩展RS485/GPIO模块，控制多台变频器的硬件设置、软件配置及代码编制方法。指出这种方法的独特优点和应用前景。

关键词：modbus_tk,树莓派，汇川变频器

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/GPIOShieldForRPiV3.0。

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。

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

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))

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

2018-05-2519:42:11,306-<-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)

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：

withopen(pzw)asfile_object:

lines=file_object.readlines()#逐行读文件，存到表lines中

n=len(lines)#获取表的长度

foriinrange(n):

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

iflen(lines[i])>63and(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])>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

3.5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