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利用MODBUS实现永宏PLC控制多台变频器系统

作者:永宏PLC | 2018-12-17

介绍永宏PLC利用MODBUS实现控制多台变频器系统的设计方法。
1 引言
虽然变频器广泛应用于各行各业,但因其显示面板简单,且在对数据的处理、计算、保存等方面存在弱点,在一定程度上影响了变频器在复杂控制系统中的应用。不过,通讯技术与变频器相结合可以弥补这些缺点,可以利用plc与变频器之间的通讯功能实现远程控制,同时增强了变频器对数据处理,故障报警等方面的功能。
本文以污水处理控制系统为例,介绍利用modbus通讯协议实现永宏plc控制3台变频器运行系统,使得电机转速、方向、转矩以及变频器运行参数等控制变得十分容易和精确。先前的控制是采用3台变频器分别控制3台牵引电机,其转速给定是由操作面板上的操作电位器的旋转给变频器一个0~10v的电流信号,这种方式缺点是:
(1)各变频器运行参数无法准确在运行中获得;
(2)控制电位器由于经常旋转操作频繁,使得故障率增高;
(3)由于变频器一般安装在控制柜中,较难得到其面板上的频率信息;
(4)改变其运行参数,需手动多次调试;
(5)自动化程度不高。因此,必需在控制方式上加以改进,采用plc控制,利用modbus通讯实现用plc控制和监控变频器的运行。

2 相关系统构成及配置
系统采用台湾永宏股份电机有限公司的fbs-60mct型plc作为主控制器;
tvf2000系列变频器用于传动控制;hitech pws3261触摸屏用于人-机信息交换。相关系统构成框图如图1所示。在该系统中,plc的port 2和变频器构成modbus总线,通过plc控制3台变频器完成系统控制需要,实现对变频器的速度设定、运行状态监控及参数交换等。

3 modbus通讯协议
modbus通讯协议,是一种串行的、非同步的主从通讯协议,网络中只有一个设备能够建立协议,其它的设备只能通过提供数据响应主机的查询,或根据查询做出相应的动作。modbus协议定义了主机查询的格式,其包括:主从机的编址方法(或广播),要求动作的功能代码,传输数据和错误校验等,或不能完成主机要求的动作,它将组织一个故障作为响应。modbus协议不需要特别的接口,典型的物理接口是rs-485。在modbus通讯网络中,一般提供中ascii和rtu两种通讯模式。
本控制系统中,永宏plc支持modbus协议,可以灵活运用ascii和rtu两种通讯模式,tvf2000变频器支持modbus中的rtu通讯模式。

4 系统实现
本控制系统主要以modbus通讯控制实现。因此,主控设备和受控设备必须都支持modbus协议,永宏plc提供了方便快捷的 modbus master表格,直观易懂,如图2所示。其中,第0,2,4项资料为分别写入1#2#3#变频器控制字和给定值1;第1,3,5项资料为读取1#2#3#变频器的状态字。
时代tvf2000系列变频器可通过串行rs-485总线与外部plc控制系统进行通讯,通讯协议为modbus的rtu形式,其控制命令和给定频率全部来自modbus通讯,其rs-485总线结构如图3所示。tvf2000变频器的寄存器40001为控制字,寄存器40002为给定值1,寄存器40004为状态字,寄存器40005为实际值。

其相关参数设置如下:
5005=2—modbus通讯;
5201=1,2,3—变频器站号;
5202=5—波特率为9600bps;
5203=0—www.plcs.cn无校验;
5003=1.0—通讯超时时间;
1001=10—外部命令1为通讯控制;
1003=3—电机正反转控制;
1104=0.1—频率给定最小单位0.1hz;
1105=50—最大给定频率为50hz;
1601=7—为通讯允许运行;
1604=7—为故障通讯复位.
tvf2000的菜单参数被一一映射为modbus协议的寄存器,modbus通讯对各寄存器的操作,即实现了对tvf2000中与寄存器对应的菜单参数的操作。对应的命令寄存器为40001,其中每一位控制的具体内容如表1所示。
对每一台变频器进行控制时,通过hitech触摸屏给定起停信息,变频器的位置信息如下:
第一步,40001=0000 0000 0000 0110b变频器进入通讯控制就绪状态;
第二,40001=0000 0000 0000 0111b变频器进入准备状态;
第三,40001=0000 0000 0000 1111b发上升沿脉冲进入运行允许状态;
第四,40001=0000 0000 0010 1111b启动变频器;

第五,40001=0000 0000 0110 1111b按给定频率值运行。
同时,通过对存储寄存器40004读取www.plcs.cn,可获得变频器的运行状态等信息,然后通过触摸屏显示界面,操作人员可以直观地了解变频器运行信息。40004的位址内容见表2。

5 程序设计
org m1924
fun 08 7,r1000
fun 08 7,r1100
fun 08 7,r1200
/*变频器就绪*/
org m1962
fun 150p 2,r5800,r5900
/*modbus通讯工作命令设定*/
org m10
fun 08p 47,r1000
fun t10 100
and t10
fun 08p 111,r1000
/*启动1#变频器*/
org m11
fun 08p 7,r1000
/*停止1#变频器*/

org m12
fun 08p 47,r1100
fun t11 100
and t11
fun 08p 111,r1100
/*启动2#变频器*/
org m13
fun 08p 7,r1100
/*停止2#变频器*/
org m14
fun 08p 47,r1200
fun t12 100
and t12
fun 08p 111,r1200
/*启动3#变频器*/
org m15
fun 08p 15,r1200
/*停止3#变频器*/

6 结束语
利用modbus通过plc来控制多台tvf2000变频器的运行,从满足生产设备各种不同场合和要求的需要。与原系统相比,在极大程度上提高了自动化程度,使控制变得简单和精确;而与plc+d/a模块这一传统的控制模式相比,虽然同样可以达到控制要求,但从经济上考虑,我们一般无法接受昂贵的d/a模块,在同时控制多台变频器时,将使变得系统十分庞大,不利于系统的维护;因而,采用modbus等总线结构来实现生产设备控制要求,是工业控制的一种趋势。同时,随着变频技术与计算机通讯技术相结合,plc和变频器的通讯控制将更加广泛应用于工业控制中。本文笔者多次设计相关系统运用于污水处理系统,食品、药品和化妆品等包装系统中,自动化程度大大提高,系统运行故障率则大大减少,是值得推广和应用的传动控制系统。

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