Inversor Optidrive E3 – 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


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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 a 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 realizado a leitura dos registradores Modbus do inversor a partir do registrador 6, já que o endereço inicial da relação é 400006. Será lido 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 RT

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 P36Os 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.




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