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      技術支持

      利用MODBUS實現永宏PLC控制多臺變頻器系統的設計

      2013-05-24

        

      利用MODBUS實現永宏PLC控制多臺變頻器系統的設計

      利用MODBUS實現永宏PLC控制多臺變頻器系統的設計

      利用MODBUS實現永宏PLC控制多臺變頻器系統的設計

      利用MODBUS實現永宏PLC控制多臺變頻器系統的設計

      1 引言
        雖然變頻器廣泛應用于各行各業,但因其顯示面板簡單,且在對數據的處理、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中的應用。不過,通訊技術與變頻器相結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遠程控制,同時增強了變頻器對數據處理,故障報警等方面的功能。
        本文以污水處理控制系統為例,介紹利用modbus通訊協議實現永宏plc控制3臺變頻器運行系統,使得電機轉速、方向、轉矩以及變頻器運行參數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,其轉速給定是由操作面板上的操作電位器的旋轉給變頻器一個0~10v的電流信號,這種方式缺點是:
       ?。?)各變頻器運行參數無法準確在運行中獲得;
       ?。?)控制電位器由于經常旋轉操作頻繁,使得故障率增高;
       ?。?)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;
       ?。?)改變其運行參數,需手動多次調試;
       ?。?)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通訊實現用plc控制和監控變頻器的運行。
        2 相關系統構成及配置
        系統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。相關系統構成框圖如圖1所示。在該系統中,plc的port 2和變頻器構成modbus總線,通過plc控制3臺變頻器完成系統控制需要,實現對變頻器的速度設定、運行狀態監控及參數交換等。
        3 modbus通訊協議
        modbus通訊協議,是一種串行的、非同步的主從通訊協議,網絡中只有一個設備能夠建立協議,其它的設備只能通過提供數據響應主機的查詢,或根據查詢做出相應的動作。modbus協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,傳輸數據和錯誤校驗等,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協議不需要特別的接口,典型的物理接口是rs-485。在modbus通訊網絡中,一般提供中ascii和rtu兩種通訊模式。
        本控制系統中,永宏plc支持modbus協議,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 系統實現
        本控制系統主要以modbus通訊控制實現。因此,主控設備和受控設備必須都支持modbus協議,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項資料為分別寫入1#2#3#變頻器控制字和給定值1;第1,3,5項資料為讀取1#2#3#變頻器的狀態字。
        時代tvf2000系列變頻器可通過串行rs-485總線與外部plc控制系統進行通訊,通訊協議為modbus的rtu形式,其控制命令和給定頻率全部來自modbus通訊,其rs-485總線結構如圖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為狀態字,寄存器40005為實際值。
        其相關參數設置如下:
        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的菜單參數被一一映射為modbus協議的寄存器,modbus通訊對各寄存器的操作,即實現了對tvf2000中與寄存器對應的菜單參數的操作。對應的命令寄存器為40001,其中每一位控制的具體內容如表1所示。
        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;
        第二,40001=0000 0000 0000 0111b變頻器進入準備狀態;
        第三,40001=0000 0000 0000 1111b發上升沿脈沖進入運行允許狀態;
        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讀取,可獲得變頻器的運行狀態等信息,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。40004的位址內容見表2。
        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,從滿足生產設備各種不同場合和要求的需要。與原系統相比,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模塊這一傳統的控制模式相比,雖然同樣可以達到控制要求,但從經濟上考慮,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,將使變得系統十分龐大,不利于系統的維護;因而,采用modbus等總線結構來實現生產設備控制要求,是工業控制的一種趨勢。同時,隨著變頻技術與計算機通訊技術相結合,plc和變頻器的通訊控制將更加廣泛應用于工業控制中。本文筆者多次設計相關系統運用于污水處理系統,食品、藥品和化妝品等包裝系統中,自動化程度大大提高,系統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。

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