modbus转CANopen转换模块MCO-241应用于机械加工行业.pdf

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泗博自动化Modbus转CANopen网关在机械加工行业的应用

——实现人机界面HMI和机床运动控制器的通信

关键词：机械加工行业，Modbus，CANopen，CAN总线，HMI，伺服驱动系统

一、引言

随着国民经济飞速发展工业自动化，制造业向着高、精、尖方向发展，特别是汽车、船舶、纺织、电

子技术、航空航天的迅猛发展，对机床的精度和生产效率要求也越来越高，主轴转速12000r/min以上、快

移速度大于40m/min的高效高精机床已经是机床行业流行的趋势。现在加工中心逐渐成为机械加工业中最

主要的设备，机电、通信一体化已成为主流发展方向。本文就某机床加工中心项目，介绍SiboTech的Modbus

转CANopen网关MCO-421如何实现HMI（人机界面系统）与机床运动控制器的通信。在实现HMI和运

动控制器的通信中，泗博自动化的Modbus转CANopen网关MCO-241表现出了其稳定、可靠的优点。

二、系统概述

1、系统结构及功能

数控系统是加工中心的重要组成部分，能控制机床按不同工序，自动选择和更换刀具，自动改变机床

主轴转速、进给量和刀具相对工件的运动轨迹，以及其他辅助功能。HMI是操作人员与数控装置进行信息

交流的工具，主要用来实现系统各个参数的状态值等监视、设置加工初始值信息等。本加工中心的主要控

制部分即运动控制器是德国伦茨的伺服驱动系统。该伺服驱动系统采用分布式供电结构，由供电模块和轴

模块两部分组成，内置两个独立CAN总线接口，可以完成高速大容量现场通信。HMI与伺服驱动系统之

间进行通信，实时采集机床实际运行中的各项参数并给定相关参数值调整控制器相关动作。HMI提供

RS485串口作为通信接口，能够作为Modbus从站与Modbus主站设备实现现场总线通信。伺服驱动系统

作为CANopen主站，能实时将控制器参数上传到人机界面HMI，并且根据人机界面HMI的给定量参数值

进行相关动作调整。为实现这两种不同总线协议之间的通信，SiboTech的Modbus转CANopen网关

MCO-241发挥了非常重要的作用。

系统结构如下图1所示。其中，网关MCO-241在CANopen侧做CANopen从站，在Modbus侧做Modbus

主站。用户在泗博公司提供的产品配置软件CM-123中设置相关的现场总线参数及命令，进行不同总线间

的数据地址映射，并将配置下载到网关中使其生效，即可实现不同现场总线间数据的双向传输。

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图1系统结构

2、通信网络组成

2.1Modbus协议简介

Modbus协议是一种适用于工业控制领域的主从式串口通信协议，它采用查询通信方式进行主从设备

的信息传输，可寻址1-247个设备地址范围。协议包括广播查询和单独设备查询两种方式，二者区别就是

广播查询不需要从设备回应信息，主、从设备查询通信过程见图2：

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主设备查询

设备地址设备地址

功能码功能码

数据数据

校验校验

从设备响应

图2Modbus主、从设备查询响应

Modbus协议常用功能码如图3所示：

功能码名称作用

01读线圈状态读取一组逻辑线圈的当前状态：ONorOFF

02读输入状态读取一组输入线圈的当前状态：ONorOFF

03读保持寄存器读取一个或多个保持寄存器中的值

04读输入寄存器读取一个或多个输入寄存器中的值

05写单个线圈强制一个逻辑线圈的状态

06写单个寄存器把一个具体的值装入一个保持寄存器

15写多个线圈强制多个逻辑线圈的状态

16写多个寄存器将一组具体的值装入多个保持寄存器

图3Modbus协议常用功能码

Modbus协议有两种传输模式：ASCII模式和RTU模式。同波特率下，RTU模式较ASCII模式能传输

更多的数据，所以工业网络大都采用RTU模式。RTU模式下的信息传输报文格式如图4：

起始符设备地址功能码数据校验结束符

TI-T2-T3-T41byte1byteNbyte2byteTI-T2-T3-T4

图4ModbusRTU信息报文格式

它没有起始位和停止位，而是由至少3.5个字符间隔时间作为信息的起始和结束标志。信息帧所有字

符位由16进制字符0-9、A-F组成。

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