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利用MODBUS实现永宏PLC控制多台变频器系统的设计
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。
参考文献
[1] 永宏可编程控制器使用手册i和使用手册ii
[2] hitech工业级人机界面使用手册
[3] 时代tvf2000系列变频器使用手册.
