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    永宏P(guān)LC
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永宏P(guān)LC利用MODBUS實(shí)現(xiàn)控制多臺(tái)變頻器系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

作者:海正技術(shù)部 | 2024-11-8

1.引言
  雖然變頻器廣泛應(yīng)用于各行各業(yè),但因其顯示面板簡單,且在對數(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,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,這種方式缺點(diǎn)是:(1)各變頻器運(yùn)行參數(shù)無法準(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PLC去控制三臺(tái)變頻器完成系統(tǒng)控制需要,實(shí)現(xiàn)對變頻器的速度設(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;
  5202=5 ——波特率為9600bps;
  5203=0 ——無校驗(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 -----****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通訊對各寄存器的操作,即實(shí)現(xiàn)了對TVF2000中與寄存器對應(yīng)的菜單參數(shù)的操作.對應(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.
  


  對每一臺(tái)變頻器進(jìn)行控制時(shí),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(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),通過對存儲(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
  利用MODBUS通過PLC來控制多臺(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.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)。
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