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：（1）各變頻器運行參數無法準確在運行中獲得；（2）控制電位器由于經常旋轉操作頻繁，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）改變其運行參數，需手動多次調試；（5）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去控制三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RS485。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#變頻器的狀態字。
時代TVF2000系列變頻器可通過串行RS485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RS485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的菜單參數被一一影射為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圖4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(狀態字)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的位址內容如圖5所示.
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。
