PLC通过Modbus-RTU通讯方法控制变频器应用

安阳钢铁集团公司 王勇强 樊震宇 张道忠

PLC通过Modbus-RTU通讯方法控制变频器应用

安阳钢铁集团公司 王勇强 樊震宇 张道忠

一、变频器的调速方法

在变频器出现以前，工业控制电动机调速运行使用的有直流调速、切电阻调速、改变传动机构速比等3种方法。直流调速使用的较多是改变电枢电压调速和弱磁调速。直流调速主要针对的是直流电动机，直流电动机由于结构复杂、维修困难等缺点，使直流调速得不到普及。切电阻调速针对的是交流绕线式电动机，这种调速方法虽然比较简单，但呈现的是阶梯式调速过程，而不是平滑的过程。因而在工业控制中需要均匀调速时就不合适了。

目前的变频器调速已经上升为以电气调速传动为主流，变频器调速已经从最初的只能用于风机、泵类的调速过渡到针对各类高精度、快响应的高性能的调速控制。中小容量的变频器采用了自关断器件的全数字控制PWM，已经实现了通用化，变频器调速已经优于直流调速装置。变频器的迅速发展，使传统电气传动观念得到了转变。随着智能化的发展和普及，使用PLC与变频器结合来实现变频器的远程控制，是目前电气传动远程控制中的主流。

二、变频器与PLC的连接

2005年5月，安钢380m3高炉喷煤进入电气调试阶段，在喷煤的关键设备中速磨顶部安装的分离器，其主要控制单元是ABB公司ACS400变频器。变频器的控制模式设置为远控，使用西门子公司的S7-300PLC对其进行控制。

变频器与PLC之间的通信，首先需要在Step7软件中创建一个项目，组态该项目的硬件设备。并建立Prfibus DP网，ACS400变频器在Profibus DP→Simovert文件夹里进行组态，并设定其通信地址范围。

ABB变频器可以使用串行通道ACS400标准Modbus（RS485）与外部控制系统通信，ACS400有2个串行通道：通道0和通道1，通道1是标准Modbus。与PLC互相通信，必须设定由通道1控制。设置如表1所示。

为实现Modbus控制，必须设定ACS400的起停命令和频率，同时要求ACS400处于远程控制。模拟量输出和2个继电器都能由通道1来控制。

ACS400将所有的传动参数、控制和状态信息都映像到4××××寄存器区域，这些寄存器区域可以被外部设备读和写。传动参数映像到4××××区域：40001~40009用于传动控制寄存器；40101~40199用于D1组实际值；40201~40299用于参数D2组；40301~40399用于故障和报警信息；49901~49999用于起动数据。

三、PLC控制变频器的各种方法的对比

1.PLC的开关量信号控制变频器。PLC的输出点、COM点直接与变频器的STF（正转启动）、RH（高速）、RM（中速）、RL（低速）、输入端SG等端口分别相连。PLC可以通过程序来控制变频器的启动、停止和复位。也可以控制变频器高速、中速、低速端子的不同组合来实现多段速度的运行。

2.PLC的模拟量信号控制变频器。硬件为PLC主机，配置1路简易型扩展模拟量输出板。还可以使用其他类型的模拟量输入、输出混合模块。优点为PLC程序编制简单方便，调速曲线平滑连续且工作稳定。缺点为在大规模生产线中，控制电缆较长。

3.PLC采用RS-485无协议通讯方法控制变频器。这是使用最为普遍的一种方法，PLC采用RS串行通讯指令编程。优点为硬件简单、造价低，可控制32台变频器。缺点为编程工作量较大。

4.PLC采用RS-485的Modbus-RTU通讯方法控制变频器。变频器使用RS-485端子利用Modbus-RTU协议与PLC进行通讯。优点为Modbus通讯方式的PLC编程比RS-485无协议方式要简单便捷。缺点为PLC编程工作量较大。

四、结论

经过2年的运行实践，变频器使用RS-485端子利用Modbus-RTU协议与PLC进行通讯控制电动机的连接方式，充分显示出较强的操控能力和智能化管理能力，实现了智能化驱动电动机，并且操作简单、维护方便且故障率基本为零。具有较大的实际推广价值。

表1 通信设置