PLC與多臺變頻器Modbus通信實例

■ 東北工業集團 （吉林吉林 132021） 牛志斌 陳建國 劉德偉 金 波

現在的變頻器都帶有RS485接口，可以使用Modbus協議與其他設備通過RS485通信接口實現通信，并且當一臺外部設備作為主站，例如PLC做主站時，可以通過RS485通信連線，并聯連接多達256臺帶有RS485接口的變頻器或其他設備的從站。

Modbus通信采用半雙工方式，只需連接兩根線，簡單可靠。使用Modbus通信可以方便地實現主機（包括PLC、觸摸屏、工控機等）與變頻器、儀表及其他帶有RS485接口設備的通信。下面介紹一個觸摸屏PLC一體機與5臺變頻器進行實時通信的應用實例。

1. 系統構成

一臺設備由4臺變頻器控制4臺攪拌風機的交流電動機，另外一臺變頻器控制零件傳送鏈驅動的交流電動機。根據技術要求，需要監控、記錄攪拌風扇的轉速，但變頻器安裝在電氣柜中記錄數據不方便；另外還要控制、設定傳送鏈的鏈速，并且沒有授權的人員不能隨意更改鏈速，以確保零件傳送鏈的穩速運行。

為此，決定使用帶有RS485通信接口的觸摸屏PLC一體機作為監控控制器，通過RS485通信接口采集4臺攪拌風機電動機變頻器的轉速、負載數據，并在觸摸屏上顯示；另外，通過RS485通信接口把鏈速設定數據傳輸給控制鏈速的變頻器，并采集鏈速控制變頻器的實際轉速和負載數據，顯示在觸摸屏上，鏈速設定采用口令授權方式。

觸摸屏P L C一體機作為主站，5臺變頻器作為從站，5臺變頻器的RS485通信接口通過導線并聯連接到觸摸屏PLC一體機的RS485接口上，如圖1所示。通過編制PLC的通信程序控制通信，5臺變頻器也需要設置相應通信參數。

2. 變頻器參數設置

本系統1～4號的攪拌風機驅動電動機采用深川S200型變頻器控制，鏈速驅動電動機采用易能EDS800型變頻器控制。為了實現Modbus通信，變頻器參數設置如下：

圖1 觸摸屏監控系統連接示意

1號變頻器設置F8.00＝1，從站地址為1；2號變頻器設置F8.00＝2，從站地址為2；3號變頻器設置F8.00＝3，從站地址為3；4號變頻器設置F8.00＝4，從站地址為4；1～4號變頻器均設置F8.01＝13，通信波特率9 600baud，偶校驗（E，8，1）RTU方式。其中偶校驗（E，8，1）的含義為偶校驗（E），8位數據，1位停止位。

鏈速變頻器設置F0.00＝3，電動機頻率輸入采用串行口給定；F2.14＝13，通信波特率9 600baud，偶校驗（E，8，1）RTU方式；F2.15＝5，設從站地址為5。

3. PLC通信程序編制

本系統所用觸摸屏P L C一體機的RS485通信接口由PLC控制，所以需要編制PLC程序設定通信參數與讀取、設定變頻器數據。

首先，通過編制P L C梯形圖設置P L C的通信參數，如圖2所示。16進制數據0C087傳送到D8120通信參數選擇寄存器，0C087代表PLC為主機、Modbus通信R T U方式、通信波特率9 600baud、8位數據、偶校驗、1位停止位，與變頻器的通信參數一致。

使用如圖3所示的寫入指令WR3A將PLC數據寄存器D61（其數據來自于觸摸屏設定的數據）的內容寫入5號（K5設定）地址變頻器的寄存器2001中，2001號寄存器地址存儲變頻器的設定頻率，MOV K1 D60指令代表只寫入一個數據存儲器D61中保存的數據。

圖2 PLC通信參數設定

圖3 PLC通信寫入指令

圖4 PLC通信讀取指令

通過如圖4所示的讀取指令RD3A，將3號（K3設定）從站地址變頻器中寄存器3004和3005的內容寫入寄存器D31和D32，然后在觸摸屏上顯示D31和D32的內容（見圖5）。深川變頻器3004號寄存器存儲的是負載電流數據，3005寄存器存儲的是電動機轉速數據；MOV K2 D30的功能是將十進制常數“2”送入PLC寄存器D30，其中常數K2存入D30代表傳送的是兩個連續的變頻器數據。這樣在執行RD3A K3 H3004 D30指令時，變頻器就會把3004和3005存儲的兩個連續變頻器寄存器的數據寫入PLC數據寄存器D31和D32中。

為了保證PLC與每臺變頻器的通信都能順暢，與各從站的通信需要分時段順序進行，防止通信競爭失敗。其他幾個從站的通信程序依此類推。

4. 觸摸屏程序設計

PLC讀取的數據需要顯示在觸摸屏上，設定數據也需要通過觸摸屏輸入，這樣就需要設置觸摸屏的畫面與編制一些數據計算宏指令。例如設置3號攪拌風機轉速顯示PLC數據寄存器D32中的內容，如圖5所示。

通過觸摸屏宏指令程序的編制，使輸入的直線速度轉換為變頻器的設定頻率數值，如圖6所示，觸摸屏輸入的直線鏈速存儲在觸摸屏存儲器LW20中，經過如圖7所示的宏指令編程計算，轉化為變頻器頻率設置數值存儲在PLC數據存儲器D61中，運行PLC程序傳輸到5號地址的變頻器（見圖3）。

圖5 3號風機轉速顯示的觸摸屏設置

圖6 觸摸屏鏈速設定畫面設計

圖7 觸摸屏宏指令編程

圖8 串行助手監控通信過程

Modbus通信的難點是通信過程看不見、摸不著，初次使用Modbus通信時，可以使用串口調試助手程序來監控通信過程，如圖8所示。使用串口調試助手程序時，首先在計算機USB口插接帶驅動的USB轉RS232串行接口轉換器件，然后通過計算機的設備管理器查看串口地址，再連接一個RS232接口轉RS485的轉換電路，將RS485接口端子并聯連接到變頻器的RS485接口上，設置好如圖8所示的串行調試助手的通信數據，在PLC與變頻器通信時，就可以監控通信過程。在圖8a右上的數據顯示區中顯示的就是通信數據，通信數據格式如圖8b所示。

5. 結語

變頻器在進行RS485通信時只能作為一個從站，通信參數設置好后，只要主站給變頻器發出通信指令，變頻器就會自動進行響應，或者存儲主站發來的數據到指定的寄存器，或者將主站需求的數據傳到主站。無論PLC還是觸摸屏，作為主站時都要主動發出通信信息，向變頻器索取數據或者寫入數據。

觸摸屏現在應用越來越廣泛，對于小型設備，一臺觸摸屏PLC一體機就完全可以實現所有控制功能，并省去了很多控制按鈕、指示燈、中間繼電器等硬件元件。觸摸屏PLC的通信在應用中是個難點，希望本文能夠起到拋磚引玉的作用，促進觸摸屏的使用，促進RS485通信的應用，使設備電氣控制更加簡潔、便利。