1．引言
雖然變頻器廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)，但因其顯示面板簡(jiǎn)單，且在對(duì)數(shù)據(jù)的處理、計(jì)算、保存等方面存在弱點(diǎn)，在一定程度上影響了變頻器在復(fù)雜控制系統(tǒng)中的應(yīng)用。不過(guò)，通訊技術(shù)與變頻器相結(jié)合可以彌補(bǔ)這些缺點(diǎn)，可以利用PLC與變頻器之間的通訊功能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，同時(shí)增強(qiáng)了變頻器對(duì)數(shù)據(jù)處理，故障報(bào)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(shí)現(xiàn)永宏P(guān)LC控制3臺(tái)變頻器運(yùn)行系統(tǒng)，使得電機(jī)轉(zhuǎn)速、方向、轉(zhuǎn)矩以及變頻器運(yùn)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(tái)變頻器分別控制3臺(tái)牽引電機(jī)，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(gè)0——10V的電流信號(hào)，這種方式缺點(diǎn)是：（1）各變頻器運(yùn)行參數(shù)無(wú)法準(zhǔn)確在運(yùn)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(yùn)行參數(shù)，需手動(dòng)多次調(diào)試；（5）自動(dòng)化程度不高。因此，必需在控制方式上加以改進(jìn)，采用PLC控制，利用MODBUS通訊實(shí)現(xiàn)用PLC控制和監(jiān)控變頻器的運(yùn)行。
2．相關(guān)系統(tǒng)構(gòu)成及配置
系統(tǒng)采用臺(tái)灣永宏股份電機(jī)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(dòng)控制；HITECH PWS3261觸摸屏用于人-機(jī)信息交換。相關(guān)系統(tǒng)構(gòu)成框圖如圖1所示。在該系統(tǒng)中，PLC的Port 2和變頻器構(gòu)成MODBUS總線，通過(guò)PLC去控制三臺(tái)變頻器完成系統(tǒng)控制需要，實(shí)現(xiàn)對(duì)變頻器的速度設(shè)定、運(yùn)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(luò)中只有一個(gè)設(shè)備能夠建立協(xié)議，其它的設(shè)備只能通過(guò)提供數(shù)據(jù)響應(yīng)主機(jī)的查詢，或根據(jù)查詢做出相應(yīng)的動(dòng)作。ModBus協(xié)議定義了主機(jī)查詢的格式，其包括：主從機(jī)的編址方法（或廣播），要求動(dòng)作的功能代碼，傳輸數(shù)據(jù)和錯(cuò)誤校驗(yàn)等，或不能完成主機(jī)要求的動(dòng)作，它將組織一個(gè)故障作為響應(yīng)。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(luò)中，一般提供中ASCII和RTU兩種通訊模式。
本控制系統(tǒng)中，永宏P(guān)LC支持MODBUS協(xié)議，可以靈活運(yùn)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(shí)現(xiàn)
本控制系統(tǒng)主要以MODBUS通訊控制實(shí)現(xiàn)。因此，主控設(shè)備和受控設(shè)備必須都支持MODBUS協(xié)議，永宏P(guān)LC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(shí)代TVF2000系列變頻器可通過(guò)串行RS485總線與外部PLC控制系統(tǒng)進(jìn)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(lái)自MODBUS通訊，其RS485總線結(jié)構(gòu)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(shí)際值。其相關(guān)參數(shù)設(shè)置如下：
5005=2 ——MODBUS通訊；
5201=1，2，3——變頻器站號(hào)；
5202=5 ——波特率為9600bps；
5203=0 ——無(wú)校驗(yàn)；
5003=1.0 ——通訊超時(shí)時(shí)間；
1001=10 ——外部命令1為通訊控制；
1003=3 ——電機(jī)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(yùn)行;
1604=7 －－－－－－為故障通訊復(fù)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(duì)各寄存器的操作,即實(shí)現(xiàn)了對(duì)TVF2000中與寄存器對(duì)應(yīng)的菜單參數(shù)的操作.對(duì)應(yīng)的命令寄存器為40001,其中每一位控制的具體內(nèi)容如圖4所示.
對(duì)每一臺(tái)變頻器進(jìn)行控制時(shí),通過(guò)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(jìn)入通訊控制就緒狀態(tài);
第二,40001=0000 0000 0000 0111B 變頻器進(jìn)入準(zhǔn)備狀態(tài);
第三,40001=0000 0000 0000 1111B 發(fā)上升沿脈沖進(jìn)入運(yùn)行允許狀態(tài);
第四,40001=0000 0000 0010 1111B 啟動(dòng)變頻器;
第五,40001=0000 0000 0110 1111B 按給定頻率值運(yùn)行.
同時(shí),通過(guò)對(duì)存儲(chǔ)寄存器40004(狀態(tài)字)讀取,可獲得變頻器的運(yùn)行狀態(tài)等信息,然后通過(guò)觸摸屏顯示界面,操作人員可以直觀地了解變頻器運(yùn)行信息.40004的位址內(nèi)容如圖5所示.
5．程序設(shè)計(jì)
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(shè)定*/
ORG M10
FUN 08P 47,R1000
FUN T10 100
AND T10
FUN 08P 111,R1000 ／＊啟動(dòng)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(dòng)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(dòng)3#變頻器*/
ORG M15
FUN 08P 15,R1200 ／＊停止3#變頻器*/
6．結(jié)束語(yǔ)
利用MODBUS通過(guò)PLC來(lái)控制多臺(tái)TVF2000變頻器的運(yùn)行,從滿足生產(chǎn)設(shè)備各種不同場(chǎng)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(dòng)化程度,使控制變得簡(jiǎn)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(dá)到控制要求,但從經(jīng)濟(jì)上考慮,我們一般無(wú)法接受昂貴的D/A模塊,在同時(shí)控制多臺(tái)變頻器時(shí),將使變得系統(tǒng)十分龐大,不利于系統(tǒng)的維護(hù);因而,采用MODBUS等總線結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)設(shè)備控制要求,是工業(yè)控制的一種趨勢(shì).同時(shí),隨著變頻技術(shù)與計(jì)算機(jī)通訊技術(shù)相結(jié)合,PLC和變頻器的通訊控制將更加廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制中.本文筆者多次設(shè)計(jì)相關(guān)系統(tǒng)運(yùn)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(dòng)化程度大大提高,系統(tǒng)運(yùn)行故障率則大大減少，是值得推廣和應(yīng)用的傳動(dòng)控制系統(tǒng)。
