PLC通過Modbus-RTU通訊方法控制變頻器應用

安陽鋼鐵集團公司 王勇強 樊震宇 張道忠

PLC通過Modbus-RTU通訊方法控制變頻器應用

安陽鋼鐵集團公司 王勇強 樊震宇 張道忠

一、變頻器的調速方法

在變頻器出現以前，工業控制電動機調速運行使用的有直流調速、切電阻調速、改變傳動機構速比等3種方法。直流調速使用的較多是改變電樞電壓調速和弱磁調速。直流調速主要針對的是直流電動機，直流電動機由于結構復雜、維修困難等缺點，使直流調速得不到普及。切電阻調速針對的是交流繞線式電動機，這種調速方法雖然比較簡單，但呈現的是階梯式調速過程，而不是平滑的過程。因而在工業控制中需要均勻調速時就不合適了。

目前的變頻器調速已經上升為以電氣調速傳動為主流，變頻器調速已經從最初的只能用于風機、泵類的調速過渡到針對各類高精度、快響應的高性能的調速控制。中小容量的變頻器采用了自關斷器件的全數字控制PWM，已經實現了通用化，變頻器調速已經優于直流調速裝置。變頻器的迅速發展，使傳統電氣傳動觀念得到了轉變。隨著智能化的發展和普及，使用PLC與變頻器結合來實現變頻器的遠程控制，是目前電氣傳動遠程控制中的主流。

二、變頻器與PLC的連接

2005年5月，安鋼380m3高爐噴煤進入電氣調試階段，在噴煤的關鍵設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置為遠控，使用西門子公司的S7-300PLC對其進行控制。

變頻器與PLC之間的通信，首先需要在Step7軟件中創建一個項目，組態該項目的硬件設備。并建立Prfibus DP網，ACS400變頻器在Profibus DP→Simovert文件夾里進行組態，并設定其通信地址范圍。

ABB變頻器可以使用串行通道ACS400標準Modbus（RS485）與外部控制系統通信，ACS400有2個串行通道：通道0和通道1，通道1是標準Modbus。與PLC互相通信，必須設定由通道1控制。設置如表1所示。

為實現Modbus控制，必須設定ACS400的起停命令和頻率，同時要求ACS400處于遠程控制。模擬量輸出和2個繼電器都能由通道1來控制。

ACS400將所有的傳動參數、控制和狀態信息都映像到4××××寄存器區域，這些寄存器區域可以被外部設備讀和寫。傳動參數映像到4××××區域：40001~40009用于傳動控制寄存器；40101~40199用于D1組實際值；40201~40299用于參數D2組；40301~40399用于故障和報警信息；49901~49999用于起動數據。

三、PLC控制變頻器的各種方法的對比

1.PLC的開關量信號控制變頻器。PLC的輸出點、COM點直接與變頻器的STF（正轉啟動）、RH（高速）、RM（中速）、RL（低速）、輸入端SG等端口分別相連。PLC可以通過程序來控制變頻器的啟動、停止和復位。也可以控制變頻器高速、中速、低速端子的不同組合來實現多段速度的運行。

2.PLC的模擬量信號控制變頻器。硬件為PLC主機，配置1路簡易型擴展模擬量輸出板。還可以使用其他類型的模擬量輸入、輸出混合模塊。優點為PLC程序編制簡單方便，調速曲線平滑連續且工作穩定。缺點為在大規模生產線中，控制電纜較長。

3.PLC采用RS-485無協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。優點為硬件簡單、造價低，可控制32臺變頻器。缺點為編程工作量較大。

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協議與PLC進行通訊。優點為Modbus通訊方式的PLC編程比RS-485無協議方式要簡單便捷。缺點為PLC編程工作量較大。

四、結論

經過2年的運行實踐，變頻器使用RS-485端子利用Modbus-RTU協議與PLC進行通訊控制電動機的連接方式，充分顯示出較強的操控能力和智能化管理能力，實現了智能化驅動電動機，并且操作簡單、維護方便且故障率基本為零。具有較大的實際推廣價值。

表1 通信設置