Zwei VFDs an einer RS-485-Leitung: Linearmotorsteuerung mit Modbus RTU
Zwei Delta-MS300-Umrichter, die den Linearmotor der Spectraloop-Kapsel antreiben, über eine einzige RS-485-Leitung mit einem STM32 als Modbus-RTU-Master steuern – und das vor Ort validieren.
Kontext
Seit drei Saisons leite ich das Softwareteam von Spectraloop, das beim TEKNOFEST Hyperloop antritt. Die Kapsel wird von einem Linearmotor angetrieben; gespeist wird der Motor von zwei Delta-MS300-Frequenzumrichtern (VFD). Meine Aufgabe war die Firmware, die diese beiden Umrichter zuverlässig steuert.
Warum Modbus RTU, warum eine einzige Leitung
Modbus RTU ist ein in der Industrie verbreitetes, einfaches Master/Slave-Protokoll zwischen Antrieben und SPSen. RS-485 ist die störfeste differenzielle Leitung, über die es übertragen wird. An eine einzige RS-485-Leitung lassen sich mehrere Geräte anschließen; jedes wird über seine eigene Slave-Adresse angesprochen.
Mein Aufbau:
- Der STM32 ist der Modbus-RTU-Master der Leitung.
- Die beiden MS300 hängen als Slave 1 und Slave 2 an derselben Leitung.
- Kommuniziert wird mit 9600 Baud, 8N1.
Was gesteuert wird
Die Firmware sendet den Umrichtern die Steuerwörter Vorwärts / Rückwärts / Stopp sowie Frequenzwerte bis 150 Hz. Den Code habe ich auf dem STM32F407 geschrieben und anschließend auf das Nucleo-F401RE portiert.
Validierung vor Ort
Code, der am Schreibtisch funktioniert, bewirkt vor Ort nichts, wenn der Umrichter falsch konfiguriert ist. Die VFD-Parameter – Frequenz- und Startquelle auf RS-485 gesetzt, obere Frequenzgrenze – habe ich vor Ort einzeln getestet und verifiziert.
Für Tests und Beobachtung habe ich außerdem eine Python-Brücke Seriell↔WebSocket mit Live-Steuerungspanel ergänzt: So können wir die Fahrt der Kapsel im Browser verfolgen und Befehle senden.
Der Rest der Kapsel
Die Motorsteuerung ist Teil einer größeren Architektur: Die Master- und Slave-STM32 kommunizieren über CAN Bus; gegen die hohe EMI setzen wir verdrillte Zweidrahtleitungen und einen 120-Ω-Abschluss ein. Die Position wird zwischen der BNO055-IMU und zwei optischen Sensoren per Hardware-Interrupts kreuzvalidiert; ein Hardware-Watchdog vervollständigt die Fail-safe-Architektur.
Am Ende dieser Arbeit belegten wir als Team beim TEKNOFEST 2026 den 1. Platz in der Türkei in der Kategorie Technologiedemonstration.