廈門海正自動(dòng)科技有限公司2007年成立于廈門經(jīng)濟(jì)區(qū),本公司主要銷售各種電子、電氣產(chǎn)品及配件.是臺(tái)灣FATEK永宏P(guān)LC可編程控制器在大陸的一級代理商及銷售深圳威綸通各種威綸觸摸屏. |
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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)。
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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