变频器与PLC通讯的精简设计
7 q2 U: G" K# z1、引言
: k, L. ?, z( _' C: G8 n在工业自动化控制系统中，最为常见的是PLC和变频器的组合应用，并且产生了多种多样的PLC控制变频器的方法，其中采用RS-485通讯方式实施控制的方案得到广泛的应用：因为它抗干扰能力强、传输速率高、传输距离远且造价低廉。但是，RS-485的通讯必须解决数据编码、求取校验和、成帧、发送数据、接收数据的奇偶校验、超时处理和出错重发等一系列技术问题，一条简单的变频器操作指令，有时要编写数十条PLC梯形图指令才能实现，编程工作量大而且繁琐，令设计者望而生畏。
, a1 w. D' x+ ^$ ]3 ^/ i5 O0 ?本文介绍一种非常简便的三菱FX系列PLC通讯方式控制变频器的方法：它只需在PLC主机上安装一块RS-485通讯板或挂接一块RS-485通讯模块； 在PLC的面板下嵌入一块造价仅仅数百元的“功能扩展存储盒”，编写4条极其简单的PLC梯形图指令，即可实现8台变频器参数的读取、写入、各种运行的监视和控制，通讯距离可达50m或500m。这种方法非常简捷便利，极易掌握。本文以三菱产品为范例，将这种“采用扩展存储器通讯控制变频器”的简便方法作一简单介绍。
- H$ A& P% P2 ~5 p# O( A6 Y2、三菱PLC采用扩展存储器通讯控制变频器的系统配置
0 S( }$ @' @# f6 U3 g6 r O C7 C7 L* g2.1 系统硬件组成
5 C: g" O' }; H" MFX2N系列PLC(产品版本V 3.00以上)1台(软件采用FX-PCS/WIN-C V 3.00版)；
8 h; n! R$ K W' AFX2N-485-BD通讯模板1块(最长通讯距离50m)； % y a$ S: E& B$ O! c; P) V
或FX0N-485ADP通讯模块1块+FX2N-CNV-BD板1块(最长通讯距离500m)； ( {% Q$ A1 z3 h: Z# s
FX2N-ROM-E1功能扩展存储盒1块(安装在PLC本体内)； ) x( ]: m0 E1 E# Q& p
带RS485通讯口的三菱变频器8台(S500系列、E500系列、F500系列、F700系列、A500系列、V500系列等，可以相互混用，总数量不超过8台；三菱所有系列变频器的通讯参数编号、命令代码和数据代码相同。)； , S& O6 ]+ x% ?8 @! g9 q
RJ45电缆(5芯带屏蔽)；
( t9 I% b, c+ i0 D终端阻抗器(终端电阻)100Ω； 2 e, H8 a% j( W, o* k% T. ^8 u& J
选件：人机界面(如F930GOT等小型触摸屏)1台。
_1 Y5 }% a& D' G6 R9 x2 m- u" Y2.2 硬件安装方法 3 V( B4 {3 O% N
(1) 用网线专用压接钳将电缆的一头和RJ45水晶头进行压接；另一头则按图1～图3的方法连接FX2N-485-BD通讯模板，未使用的2个P5S端头不接。
" i5 V! T5 _/ h5 p+ X(2) 揭开PLC主机左边的面板盖, 将FX2N-485-BD通讯模板和FX2N-ROM-E1功能扩展存储器安装后盖上面板。
4 Q- p+ {. |. ^. l6 c3 c3 H(3) 将RJ45电缆分别连接变频器的PU口，网络末端变频器的接受信号端RDA、RDB之间连接一只100Ω终端电阻，以消除由于信号传送速度、传递距离等原因，有可能受到反射的影响而造成的通讯障碍。
! i7 W' R8 P6 o' u2.3 变频器通讯参数设置
0 Y C9 i, e, k+ @为了正确地建立通讯，必须在变频器设置与通讯有关的参数如“站号”、“通讯速率”、“停止位长/字长”、“奇偶校验”等等。变频器内的Pr.117~Pr.124参数用于设置通讯参数。参数设定采用操作面板或变频器设置软件FR-SW1-SETUP-WE在PU口进行。
3 K$ ~) _9 f' V/ t6 Y( K2.4 变频器设定项目和指令代码举例 / T! F/ m8 S" m& f8 e: T
2.5 变频器数据代码表举例
. \4 h+ j: Q8 m# t* B* a2.6 PLC编程方法及示例 ' t4 t6 ~0 k. Z) E
(1) 通讯方式 ) |) C& k7 a/ S$ O* s* m
PLC与变频器之间采用主从方式进行通讯，PLC为主机，变频器为从机。1个网络中只有一台主机，主机通过站号区分不同的从机。它们采用半双工双向通讯，从机只有在收到主机的读写命令后才发送数据。 / y9 h: `* \' i: q+ i9 h
(2) 变频器控制的PLC指令规格 ( ~9 f, M" `* \2 w
(3) 变频器运行监视的PLC语句表程序示例及注释 A) T: A. f$ ~6 `
LD M8000 运行监视；
1 s( ]& b+ Z9 `4 `- h) y; J0 zEXTR K10 K0 H6F D0 EXTR K10：运行监视指令；K0：站号0；H6F：频率代码(见表1)； D0：PLC读取地址(数据寄存器)。
0 C9 q# \$ f, o% }3 R, N( A指令解释：PLC一直监视站号为0的变频器的转速(频率)。
7 ~& j, Z+ D* F( h(4) 变频器运行控制的PLC语句表程序示例及注释 2 v$ g' }% F7 ?- Z0 B$ H5 e
LD X0 运行指令由X0输入； / }8 _* _, ]1 k( }1 d9 a- h& M
SET M0 置位M0辅助继电器；
/ U5 A( q( ~$ J7 c0 X. a# ^/ mLD M0 EXTR K11 K0 HFA H02 EXTR K11：运行控制指令； K0：站号0；HFA：运行指令 H02：正转指令。
8 t- |5 b$ `$ eAND M8029 指令执行结束； # Q1 Q; `. ~7 V; U1 A
RST M0 复位M0辅助继电器。 : i1 J6 A# J) ]1 A# E- g
指令解释：PLC向站号为0的变频器发出正转指令。 6 |7 O& T+ Z' ~$ D8 h+ i! b! {. x
(5) 变频器参数读取的PLC语句表程序示例及注释
( q6 B: @# i$ D( n: eLD X3 参数读取指令由X3输入； - P& h# z( h) m+ N
SET M2 置位M2辅助继电器； 6 v2 T' n% }: z$ V: i
LD M2 EXTR K12 K3 K2 D2 EXTR K10：变频器参数读取指令； K3：站号3；K2：参数2-下限频率； D2：PLC读取地址(数据寄存器)。 ; f) G4 m; Z/ |' q4 E3 p
OR RST M2 复位M2辅助继电器。 5 v/ k" _) {) h( a: p
指令解释：PLC一直读取站号3的变频器的2号参数-下限频率。
4 S, A3 ]: F( E' ^(6) 变频器参数写入的PLC语句表程序示例及注释 ! n9 U0 E U) ~$ i" W
LD X1 参数变更指令由X3输入；
/ P% }2 P% y# L A0 jSET M1 置位M1辅助继电器；
3 O9 m2 V' U% O; G1 |. j3 H, `LD M1 EXTR K13 K3 K7 K10 EXTR K13：变频器参数写入指令；K3：站号3；K7：参数7-加速时间；K10：写入的数值。 1 s) f; u; ]1 T; ?& k
EXTR K13 K3 K8 K10 EXTR K13：变频器参数写入指令；K3：站号3；K8：参数8-减速时间； K10：写入的数值。 ' `% v" h( |) P' h
AND M8029 指令执行结束； ! A6 M# A2 ^8 _' x2 j" ~8 P
RST M1 复位M1辅助继电器。 3 q2 s: e% t+ v' C
指令解释：PLC将站号3的变频器的7号参数-加速时间、8号参数-减速时间变更为10。 / X5 b% Y* G: n" u1 y2 ]% J4 k' l
3、三菱PLC控制变频器的各种方法综合评述与对比
* k- h& D6 n7 j h# _' u3.1 PLC的开关量信号控制变频器 & z8 `3 ]( n4 [4 X+ Z6 A
PLC(MR型或MT型)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可以通过程序控制变频器的启动、停止、复位； 也可以控制变频器高速、中速、低速端子的不同组合实现多段速度运行。但是，因为它是采用开关量来实施控制的，其调速曲线不是一条连续平滑的曲线，也无法实现精细的速度调节。这种开关量控制方法，其调速精度无法与采用扩展存储器通讯控制的相比。
7 z }6 r0 c7 {) w% z3.2 PLC的模拟量信号控制变频器
& {; ^: n1 C6 I. U硬件：FX1N型、FX2N型PLC主机，配置1路简易型的FX1N-1DA-BD扩展模拟量输出板； 或模拟量输入输出混合模块FX0N-3A； 或两路输出的FX2N-2DA； 或四路输出的FX2N-4DA模块等。
) _; {" j+ B0 |( ^* y优点： PLC程序编制简单方便，调速曲线平滑连续、工作稳定。
5 [% o: M# b0 R7 _缺点： 在大规模生产线中，控制电缆较长，尤其是DA模块采用电压信号输出时，线路有较大的电压降，影响了系统的稳定性和可靠性。另外，从经济角度考虑，如控制8台变频器，需要2块FX2N-4DA模块，其造价是采用扩展存储器通讯控制的5～7倍。 9 c9 U. z# H4 x, A! z3 b
3.3 PLC采用RS-485无协议通讯方法控制变频器 5 [/ U* u- z( t5 O& ~' J
这是使用得最为普遍的一种方法，PLC采用RS串行通讯指令编程。
& g' T' L: M6 X. V2 H/ _" V优点：硬件简单、造价最低，可控制32台变频器。 K0 `6 E" w6 z( q% A3 G
缺点：编程工作量较大。从本文的第二章可知：采用扩展存储器通讯控制的编程极其简单，从事过PLC编程的技术人员只要知道怎样查表，仅仅数小时即可掌握，增加的硬件费用也很低。这种方法编程的轻松程度，是采用RS-485无协议通讯控制变频器的方法所无法相比的。
; M8 G( r' O) r' J3.4 PLC采用RS-485的Modbus-RTU通讯方法控制变频器 ! {7 V+ ~6 P7 v% [& s
三菱新型F700系列变频器使用RS-485端子利用Modbus-RTU协议与PLC进行通讯。
8 O8 L- O- Y0 v- a/ _优点： Modbus通讯方式的PLC编程比RS-485无协议方式要简单便捷。
) i/ c+ P G5 S7 K7 |' k: H缺点： PLC编程工作量仍然较大。
' C6 Z1 ]8 s# c) r2 U, S' B* E3.5 PLC采用现场总线方式控制变频器
7 t0 h; S3 n: p' a6 R三菱变频器可内置各种类型的通讯选件，如用于CC-Link现场总线的FR-A5NC选件； 用于Profibus DP现场总线的FR-A5AP(A)选件； 用于DeviceNet现场总线的FR-A5ND选件等等。三菱FX系列PLC有对应的通讯接口模块与之对接。 6 D0 r( Q9 u( u/ G) ^- m- s. t* C
优点： 速度快、距离远、效率高、工作稳定、编程简单、可连接变频器数量多。
5 f- t- B6 y% B8 T0 X缺点： 造价较高，远远高于采用扩展存储器通讯控制的造价。 3 G8 w4 |, e1 C% }* S. Y: y1 N
综上所述，PLC采用扩展存储器通讯控制变频器的方法确有造价低廉、易学易用、性能可靠的优势； 若配置人机界面，变频器参数设定和监控将变得更加便利。
) K+ D$ W- O% ?5 M/ ?8 q) c; O1台PLC和不多于8台变频器组成的交流变频传动系统是常见的小型工业自动化系统，广泛地应用在小型造纸生产线、单面瓦楞纸板机械、塑料薄膜生产线、印染煮漂机械、活套式金属拉丝机等各个工业领域。采用简便控制方法，可以使工程方案拥有通讯控制的诸多优势，又可省却RS-485数据通讯中的诸多繁杂计算，使工程质量和工作效率得到极大的提高。但是，这种简便方法也有其缺陷：它只能控制变频器而不能控制其它器件；此外，控制变频器的数量也受到了限制。
$ I- M' {; G5 d4、结束语
6 D) r8 j; ~3 X% [8 ]* Q' b4 j本文较为详细地介绍了PLC采用扩展存储器通讯控制变频器的简便方法，并综合评述了三菱PLC控制变频器的各种方法。深入了解这些方法，有助于提高交流变频传动控制系统设计的科学性、先进性和经济性。读者可以根据系统的具体情况，选择合适的方案。本文重点介绍的简便方法尽管有其缺陷，但仍不失为一种有推广价值的好方法. |
发表于 2010-5-30 14:03:27
