安陽(yáng)鋼鐵集團(tuán)公司 王勇強(qiáng) 樊震宇 張道忠

PLC通過(guò)Modbus-RTU通訊方法控制變頻器應(yīng)用

安陽(yáng)鋼鐵集團(tuán)公司 王勇強(qiáng) 樊震宇 張道忠

一、變頻器的調(diào)速方法

在變頻器出現(xiàn)以前，工業(yè)控制電動(dòng)機(jī)調(diào)速運(yùn)行使用的有直流調(diào)速、切電阻調(diào)速、改變傳動(dòng)機(jī)構(gòu)速比等3種方法。直流調(diào)速使用的較多是改變電樞電壓調(diào)速和弱磁調(diào)速。直流調(diào)速主要針對(duì)的是直流電動(dòng)機(jī)，直流電動(dòng)機(jī)由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜、維修困難等缺點(diǎn)，使直流調(diào)速得不到普及。切電阻調(diào)速針對(duì)的是交流繞線式電動(dòng)機(jī)，這種調(diào)速方法雖然比較簡(jiǎn)單，但呈現(xiàn)的是階梯式調(diào)速過(guò)程，而不是平滑的過(guò)程。因而在工業(yè)控制中需要均勻調(diào)速時(shí)就不合適了。

目前的變頻器調(diào)速已經(jīng)上升為以電氣調(diào)速傳動(dòng)為主流，變頻器調(diào)速已經(jīng)從最初的只能用于風(fēng)機(jī)、泵類的調(diào)速過(guò)渡到針對(duì)各類高精度、快響應(yīng)的高性能的調(diào)速控制。中小容量的變頻器采用了自關(guān)斷器件的全數(shù)字控制PWM，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了通用化，變頻器調(diào)速已經(jīng)優(yōu)于直流調(diào)速裝置。變頻器的迅速發(fā)展，使傳統(tǒng)電氣傳動(dòng)觀念得到了轉(zhuǎn)變。隨著智能化的發(fā)展和普及，使用PLC與變頻器結(jié)合來(lái)實(shí)現(xiàn)變頻器的遠(yuǎn)程控制，是目前電氣傳動(dòng)遠(yuǎn)程控制中的主流。

二、變頻器與PLC的連接

2005年5月，安鋼380m3高爐噴煤進(jìn)入電氣調(diào)試階段，在噴煤的關(guān)鍵設(shè)備中速磨頂部安裝的分離器，其主要控制單元是ABB公司ACS400變頻器。變頻器的控制模式設(shè)置為遠(yuǎn)控，使用西門(mén)子公司的S7-300PLC對(duì)其進(jìn)行控制。

變頻器與PLC之間的通信，首先需要在Step7軟件中創(chuàng)建一個(gè)項(xiàng)目，組態(tài)該項(xiàng)目的硬件設(shè)備。并建立Prfibus DP網(wǎng)，ACS400變頻器在Profibus DP→Simovert文件夾里進(jìn)行組態(tài)，并設(shè)定其通信地址范圍。

ABB變頻器可以使用串行通道ACS400標(biāo)準(zhǔn)Modbus（RS485）與外部控制系統(tǒng)通信，ACS400有2個(gè)串行通道：通道0和通道1，通道1是標(biāo)準(zhǔn)Modbus。與PLC互相通信，必須設(shè)定由通道1控制。設(shè)置如表1所示。

為實(shí)現(xiàn)Modbus控制，必須設(shè)定ACS400的起停命令和頻率，同時(shí)要求ACS400處于遠(yuǎn)程控制。模擬量輸出和2個(gè)繼電器都能由通道1來(lái)控制。

ACS400將所有的傳動(dòng)參數(shù)、控制和狀態(tài)信息都映像到4××××寄存器區(qū)域，這些寄存器區(qū)域可以被外部設(shè)備讀和寫(xiě)。傳動(dòng)參數(shù)映像到4××××區(qū)域：40001~40009用于傳動(dòng)控制寄存器；40101~40199用于D1組實(shí)際值；40201~40299用于參數(shù)D2組；40301~40399用于故障和報(bào)警信息；49901~49999用于起動(dòng)數(shù)據(jù)。

三、PLC控制變頻器的各種方法的對(duì)比

1.PLC的開(kāi)關(guān)量信號(hào)控制變頻器。PLC的輸出點(diǎn)、COM點(diǎn)直接與變頻器的STF（正轉(zhuǎn)啟動(dòng)）、RH（高速）、RM（中速）、RL（低速）、輸入端SG等端口分別相連。PLC可以通過(guò)程序來(lái)控制變頻器的啟動(dòng)、停止和復(fù)位。也可以控制變頻器高速、中速、低速端子的不同組合來(lái)實(shí)現(xiàn)多段速度的運(yùn)行。

2.PLC的模擬量信號(hào)控制變頻器。硬件為PLC主機(jī)，配置1路簡(jiǎn)易型擴(kuò)展模擬量輸出板。還可以使用其他類型的模擬量輸入、輸出混合模塊。優(yōu)點(diǎn)為PLC程序編制簡(jiǎn)單方便，調(diào)速曲線平滑連續(xù)且工作穩(wěn)定。缺點(diǎn)為在大規(guī)模生產(chǎn)線中，控制電纜較長(zhǎng)。

3.PLC采用RS-485無(wú)協(xié)議通訊方法控制變頻器。這是使用最為普遍的一種方法，PLC采用RS串行通訊指令編程。優(yōu)點(diǎn)為硬件簡(jiǎn)單、造價(jià)低，可控制32臺(tái)變頻器。缺點(diǎn)為編程工作量較大。

4.PLC采用RS-485的Modbus-RTU通訊方法控制變頻器。變頻器使用RS-485端子利用Modbus-RTU協(xié)議與PLC進(jìn)行通訊。優(yōu)點(diǎn)為Modbus通訊方式的PLC編程比RS-485無(wú)協(xié)議方式要簡(jiǎn)單便捷。缺點(diǎn)為PLC編程工作量較大。

四、結(jié)論

經(jīng)過(guò)2年的運(yùn)行實(shí)踐，變頻器使用RS-485端子利用Modbus-RTU協(xié)議與PLC進(jìn)行通訊控制電動(dòng)機(jī)的連接方式，充分顯示出較強(qiáng)的操控能力和智能化管理能力，實(shí)現(xiàn)了智能化驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)，并且操作簡(jiǎn)單、維護(hù)方便且故障率基本為零。具有較大的實(shí)際推廣價(jià)值。

表1 通信設(shè)置