《永宏PLC利用MODBUS实现控制多台变频器系统的设计》.doc

永宏PLC利用MODBUS实现控制多台变频器系统的设计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去控制三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RS485。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笔资料为分别写入1#2#3#变频器控制字和给定值1；第1，3，5笔资料为读取1#2#3#变频器的状态字。时代TVF2000系列变频器可通过串行RS485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RS485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?——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的菜单参数被一一影射为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图4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（状态字）读取,