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1．引言
雖然變頻器廣泛應用于各行各業(yè)，但因其顯示面板簡單，且在對數(shù)據(jù)的處理、計算、保存等方面存在弱點，在一定程度上影響了變頻器在復雜控制系統(tǒng)中的應用。不過，通訊技術與變頻器相結(jié)合可以彌補這些缺點，可以利用PLC與變頻器之間的通訊功能實現(xiàn)遠程控制，同時增強了變頻器對數(shù)據(jù)處理，故障報警等方面的功能。
本文以污水處理控制系統(tǒng)為例，介紹利用MODBUS通訊協(xié)議實現(xiàn)永宏PLC控制3臺變頻器運行系統(tǒng)，使得電機轉(zhuǎn)速、方向、轉(zhuǎn)矩以及變頻器運行參數(shù)等控制變得十分容易和精確。先前的控制是采用3臺變頻器分別控制3臺牽引電機，其轉(zhuǎn)速給定是由操作面板上的操作電位器的旋轉(zhuǎn)給變頻器一個0——10V的電流信號，這種方式缺點是：（1）各變頻器運行參數(shù)無法準確在運行中獲得；（2）控制電位器由于經(jīng)常旋轉(zhuǎn)操作頻繁，使得故障率增高；（3）由于變頻器一般安裝在控制柜中，較難得到其面板上的頻率信息；（4）改變其運行參數(shù)，需手動多次調(diào)試；（5）自動化程度不高。因此，必需在控制方式上加以改進，采用PLC控制，利用MODBUS通訊實現(xiàn)用PLC控制和監(jiān)控變頻器的運行。
2．相關系統(tǒng)構成及配置
系統(tǒng)采用臺灣永宏股份電機有限公司的FBs-60MCT型PLC作為主控制器；
TVF2000系列變頻器用于傳動控制；HITECH PWS3261觸摸屏用于人-機信息交換。相關系統(tǒng)構成框圖如圖1所示。在該系統(tǒng)中，PLC的Port 2和變頻器構成MODBUS總線，通過PLC去控制三臺變頻器完成系統(tǒng)控制需要，實現(xiàn)對變頻器的速度設定、運行狀態(tài)監(jiān)控及參數(shù)交換等。
3．ModBus通訊協(xié)議
ModBus通訊協(xié)議，是一種串行的、非同步的主從通訊協(xié)議，網(wǎng)絡中只有一個設備能夠建立協(xié)議，其它的設備只能通過提供數(shù)據(jù)響應主機的查詢，或根據(jù)查詢做出相應的動作。ModBus協(xié)議定義了主機查詢的格式，其包括：主從機的編址方法（或廣播），要求動作的功能代碼，傳輸數(shù)據(jù)和錯誤校驗等，或不能完成主機要求的動作，它將組織一個故障作為響應。MODBUS協(xié)議不需要特別的接口，典型的物理接口是RS485。在MODBUS通訊網(wǎng)絡中，一般提供中ASCII和RTU兩種通訊模式。
本控制系統(tǒng)中，永宏PLC支持MODBUS協(xié)議，可以靈活運用ASCII和RTU兩種通訊模式，TVF2000變頻器支持MODBUS中的RTU通訊模式。
4．系統(tǒng)實現(xiàn)
本控制系統(tǒng)主要以MODBUS通訊控制實現(xiàn)。因此，主控設備和受控設備必須都支持MODBUS協(xié)議，永宏PLC提供了方便快捷的MODBUS MASTER表格，直觀易懂，如圖2所示。其中，第0，2，4筆資料為分別寫入1#2#3#變頻器控制字和給定值1；第1，3，5筆資料為讀取1#2#3#變頻器的狀態(tài)字。
時代TVF2000系列變頻器可通過串行RS485總線與外部PLC控制系統(tǒng)進行通訊，通訊協(xié)議為MODBUS的RTU形式，其控制命令和給定頻率全部來自MODBUS通訊，其RS485總線結(jié)構如圖3所示。TVF2000變頻器的寄存器40001為控制字，寄存器40002為給定值1，寄存器40004為狀態(tài)字，寄存器40005為實際值。其相關參數(shù)設置如下：
5005=2 ——MODBUS通訊；
5201=1，2，3——變頻器站號；
5202=5 ——波特率為9600bps；
5203=0 ——無校驗；
5003=1.0 ——通訊超時時間；
1001=10 ——外部命令1為通訊控制；
1003=3 ——電機正反轉(zhuǎn)控制；
1104=0.1 ——頻率給定最小單位0.1HZ;
1105=50 -----最大給定頻率為50HZ;
1601=7 ------為通訊允許運行;
1604=7 ------為故障通訊復位.
TVF2000的菜單參數(shù)被一一影射為MODBUS協(xié)議的寄存器,MODBUS通訊對各寄存器的操作,即實現(xiàn)了對TVF2000中與寄存器對應的菜單參數(shù)的操作.對應的命令寄存器為40001。
對每一臺變頻器進行控制時,通過HITECH觸摸屏給定起停信息,變頻器的位置信息如下:
第一步,40001=0000 0000 0000 0110B 變頻器進入通訊控制就緒狀態(tài);
第二,40001=0000 0000 0000 0111B 變頻器進入準備狀態(tài);
第三,40001=0000 0000 0000 1111B 發(fā)上升沿脈沖進入運行允許狀態(tài);
第四,40001=0000 0000 0010 1111B 啟動變頻器;
第五,40001=0000 0000 0110 1111B 按給定頻率值運行.
同時,通過對存儲寄存器40004(狀態(tài)字)讀取,可獲得變頻器的運行狀態(tài)等信息,然后通過觸摸屏顯示界面,操作人員可以直觀地了解變頻器運行信息.
5．程序設計
ORG M1924
FUN 08 7,R1000
FUN 08 7,R1100
FUN 08 7,R1200 /*變頻器就緒*/
ORG M1962
FUN 150P 2,R5800,R5900 /*MODBUS通訊工作命令設定*/
ORG M10
FUN 08P 47,R1000
FUN T10 100
AND T10
FUN 08P 111,R1000 /*啟動1#變頻器*/
ORG M11
FUN 08P 7,R1000 /*停止1#變頻器*/
ORG M12
FUN 08P 47,R1100
FUN T11 100
AND T11
FUN 08P 111,R1100 /*啟動2#變頻器*/
ORG M13
FUN 08P 7,R1100 /*停止2#變頻器*/
ORG M14
FUN 08P 47,R1200
FUN T12 100
AND T12
FUN 08P 111,R1200 /*啟動3#變頻器*/
ORG M15
FUN 08P 15,R1200 /*停止3#變頻器*/
6．結(jié)束語
利用MODBUS通過PLC來控制多臺TVF2000變頻器的運行,從滿足生產(chǎn)設備各種不同場合和要求的需要.與原系統(tǒng)相比,在極大程度上提高了自動化程度,使控制變得簡單和精確;而與PLC+D/A模塊這一傳統(tǒng)的控制模式相比,雖然同樣可以達到控制要求,但從經(jīng)濟上考慮,我們一般無法接受昂貴的D/A模塊,在同時控制多臺變頻器時,將使變得系統(tǒng)十分龐大,不利于系統(tǒng)的維護;因而,采用MODBUS等總線結(jié)構來實現(xiàn)生產(chǎn)設備控制要求,是工業(yè)控制的一種趨勢.同時,隨著變頻技術與計算機通訊技術相結(jié)合,PLC和變頻器的通訊控制將更加廣泛應用于工業(yè)控制中.本文筆者多次設計相關系統(tǒng)運用于污水處理系統(tǒng),食品、藥品和化妝品等包裝系統(tǒng)中,自動化程度大大提高,系統(tǒng)運行故障率則大大減少，是值得推廣和應用的傳動控制系統(tǒng)。
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