1  引言 

    变频调速在船闸的动力拖动系统中是一个很重要的组成部分，船闸的闸门、阀门由于吨位和自重大，因此在运动过程中具有惯性大、冲击性强、破坏力大的特点。利用变频器控制闸门、阀门在运动过程实现低速启、停，高速运转，即保持了闸阀门运行的连续性和稳定性，又减少了闸阀门在启、停阶段的冲击和碰撞。

本文主要介绍PLC和变频器之间通过以太网通讯（以TCP/IP协议）方式实现船闸变频调速的技术方案，包括系统架构、网络控制的通信的参数设置及程序的设计方法。

2  控制方式

    在船闸电气控制系统中，PLC和变频器是最主要的两大控制设备，PLC与变频器之间有多种多样的通讯和控制方法。其中常见的有三种。

2.1直接控制方式

    直接控制方式是传统的控制方式，由PLC的输出模块输出变频器的控制信号，通过控制电缆将信号传输至变频器的控制端子，变频器根据接受的控制信号产生相应的输出。直接控制方式适用于控制要求和精度较低，控制规模较小的应用场合。

2.2MODBUS通讯控制方式

    采用MODBUS通讯方式实施控制主要利用了PLC和变频器的MODBUS通讯接口，将PLC的CPU模块与变频器连接到网络中来，网络中的各种设备通过MODBUS通讯协议进行数据传输和交换。该方案因为其传输距离远且造价低廉得到广泛的应用。但是，MODBUS通讯控制的软件编程和调试的工作量大而且繁琐，很简单的变频器控制需要多条指令才能实现，且网络通讯的速率低，抗干扰的能力不强。

2.3以太网通讯控制方式

    随着工业以态网的迅速发展，支持TCP/IP以太网通讯协议的变频器越来越多。由于以太网通讯控制具有传输速率高、信息量大、传输距离远的特点，因此采用以太网进行通讯和控制成为PLC与变频器或是上位机与变频器之间数据通信的主要手段。

3  以太网网络架构

    采用以太网控制的船闸变频调速系统的网络架构如图1所示。

图1 以太网船闸控制架构

图2 参数配置

    PLC是船闸电气控制系统的主体，在系统架构中完成信息采集、数据运算、数据通讯、数据处理等工作。变频器本体在船闸电气控制系统中是驱动电机的执行机构，变频器接受来自PLC的指令，并根据指令产生相应的输出信号，驱动电机工作。变频器以太网卡是变频器的附加设备，变频器通过网卡接入到控制网络中，与其它设备进行通讯。以太网交换机是网络通讯的主设备，承担PLC与变频器之间的数据通讯和数据交换。传输介质：网线/光纤是数据通讯的载体。

4  参数配置

    变频器网络控制分为通讯参数及软件设置与编程指令及执行两类，如图2所示。

4.1变频器参数设置

    变频器参数设置是变频器能否顺利工作的前提条件，变频器的参数设置一般包括以下内容：

（1）基本参数设置：主要包括变频器及要驱动的电机的额定电压、额定电流、额定电机功率、额定转速、额定频率等基本电气参数的设置；

（2）控制参数设置主要包括：变频器及电机的报警电流设置：当运行电流大于设定报警电流值时，由变频器产生报警信号；

(3)低速频率、高速频率设置：设置电机运行的最低频率及最高频率，对电机而言，变频器的输出频率也就是电机的输入频率。因此变频器输出频率的改变，意味电机转速也随之改变，所以频率的设定也即是电机转速的设定；

（4）网络参数通讯：基于以太网的变频器控制最根本的通讯参数就是网络中各通讯设备的IP地址设定、子网掩码的地址、网关地址的设定。由于网络中的变频器是通过其附加的以太网卡接入到网络中的，因此网络通讯参数主要是针对该网卡进行的。

4.2PLC通讯参数设置

    PLC通讯参数设置的作用一是通过参数配置使PLC的通讯功能得到正常使用，二是通过配置使PLC与变频器之间可以进行数据交换，PLC的参数设置一般包括以下内容：

（1）基本网络通讯参数设置：主要包括PLC本机的IP地址、子网掩码地址、网关地址等基本网络参数的设置，上述参数设置的原则是即要保持PLC与变频器的IP的地址在同一个网络地址段内，同时不同设备的IP地址不能有冲突；

   （2）读写参数设置：主要包括指定寄存器的地址设置、分配、PLC内存区的地址分配PLC从变频器读入电机实时电流为例，程序流程图如图3所示。

图3 电流读取流程

5  项目优点

    在船闸电气控制系统中，变频器采用网络控制相比较其它控制方式，有以下优点：

(1)信息量大

    变频器采用网络控制除了可以读取变频器的常规运行信息，如电压、电流、转速、频率外，还可以读取更多变频器和电机的运行信息，比如各种报警信号及具体的报警类别、报警点位置、变频器累计运行时间等信息，拓展了控制系统的信息量。使控制系统和管理系统可以无缝的融合。

(2)远程控制

    变频器采用网络控制，可以借助以太网具备远程通讯的功能来实现网络远程控制，具有传输距离远的特点，相比较于其它两种控制方式，其远程通讯的距离可以做到无限远，只要在网络能够到达的地方，都可以实现网络远程控制和通信功能。 

(3)传输速率高、抗干扰能力强

    采用以太网通讯方式，理论速度可以达到100m/秒，因此传输的带宽更宽，速度更快。而以太网的远程通讯多采用光纤作为传输介质，具有传输速度快，抗干扰能力强的特点。

(4)节省工程投资费用

    采用其它的控制模式，当一个系统中变频器的数量增加时，其通讯电缆、施工、敷设、辅助材料的成本支出会随之增加，并且随着系统规模的扩大，成本增加的越多。采用网络控制模式时，其通信成本的支出相对固定，系统规模的扩大，变频器数量的增加所引起的通信成本上升相对较少，因此节约了工程投资和通信方面的成本。船闸作为水上建筑设备设施，线缆的布局、敷设、施工多诸多不便，因此这网络变频调速的这一特点尤其适合于船闸电气控制系统。

6  结束语

    基于以太网通信的船闸变频控制技术，将以太网所具有的远程通讯、传输速率高、信息量大、抗干扰能力强的特点与变频器的实时检测、自动报警、多极变频等强大功能相结合，构建成一个安全、高效的船闸变频调速系统。

作者简介 

    苏 禹(1975-) 男 工学士，高级工程师，研究方向为航务自动化装备管理工程。 

参考文献

[1]李庆敏.艾默生PLC在变频器网络控制中的通信程序设计[J].建设机械技术与管理，2009（2）. 

[2]陶玉梅.变频器与PLC通讯的精简设计[J].宁夏机械，2009（4）：42-44.