变频器与PLC通讯的精简设计8 Q9 v$ T2 X x
1、引言
' @. Y& P) A$ L" a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。
( p2 D2 y! f" N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。 - U5 c1 ~) X. H/ n0 M, w; o
2、三菱PLC采用扩展存储器通讯控制变频器的系统配置
2 a# S6 i4 e) h- ~/ m5 n2.1 系统硬件组成 ( e/ t2 `, _& Y! T. Y
FX2N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)；
$ @- C( h- M* s. v4 hFX2N-485-BD通讯模板1块(最长通讯距离50m)； 4 {2 O# Y& T* }& Y8 s; G- L; _0 w
或FX0N-485ADP通讯模块1块+FX2N-CNV-BD板1块(最长通讯距离500m)； ?' ?* t8 K/ Y9 `2 q. x( N
FX2N-ROM-E1功能扩展存储盒1块(安装在PLC本体内)；
+ l1 _8 c& H6 `# y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。)； v9 i* }8 Z- P3 ^7 \5 h3 D
RJ45电缆(5芯带屏蔽)；
- k9 C8 n' v/ p1 F0 I! A终端阻抗器(终端电阻)100Ω；
' G6 A+ F, D# Z3 K8 W$ s选件：人机界面(如F930GOT等小型触摸屏)1台。
. s/ ?, ]1 C9 |' E6 r2.2 硬件安装方法
3 u8 f* ^7 m( N3 v; @(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。
+ t& K. \7 @1 F: O(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。 % N# o' u3 c u, Y/ G7 Z
(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。
$ W) n5 [5 \% I9 w2.3 变频器通讯参数设置
5 w; W! \& b( L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。 $ g# x0 M1 y8 F- _2 z4 r
2.4 变频器设定项目和指令代码举例 1 R9 g3 g8 j6 Q- d$ K
2.5 变频器数据代码表举例 ( V: E2 H5 O+ v, _2 Y$ R
2.6 PLC编程方法及示例 / i5 M) Z& Z2 B
(1) 通讯方式
# ~ U' g8 E. uPLC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。
1 \6 I# O% F' e6 c; m(2) 变频器控制的PLC指令规格
& h# F( Z- Q: p) E/ M/ G(3) 变频器运行监视的PLC语句表程序示例及注释 & C) c( A" {0 C; E% ^
LD M8000 运行监视； , A4 q& \- g) ^. R( g) Y: a
EXTR 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)。
I. U1 A6 u) H指令解释：PLC一直监视站号为0的变频器的转速(频率)。
" i7 |! x; z; C0 a b4 `(4) 变频器运行控制的PLC语句表程序示例及注释 2 M3 J6 } U0 e' q7 G! q
LD X0 运行指令由X0输入；
8 p7 J$ D% L) T6 }# QSET M0 置位M0辅助继电器； e1 z) v; X7 V/ y3 _. @
LD 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 S/ a! [6 @* X) [& vAND M8029 指令执行结束； + P5 X) i- |3 I6 k+ p8 u
RST M0 复位M0辅助继电器。
3 L$ F% l3 p1 \- i" T8 }/ K% c指令解释：PLC向站号为0的变频器发出正转指令。 2 P& `/ o9 k# b: d% ^9 }1 ]* y
(5) 变频器参数读取的PLC语句表程序示例及注释
" m' Y6 T9 G+ F d7 @% B6 r- ] TLD X3 参数读取指令由X3输入；
* V- L: `4 l! n7 t" S) HSET M2 置位M2辅助继电器；
3 H; x* I1 E$ A' `3 P2 V% L7 m8 WLD 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)。 6 O, ~8 s/ c9 U2 r0 h# D, \
OR RST M2 复位M2辅助继电器。 . f% \8 E" ?" H5 v
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。 - L9 g/ t4 u0 E- @6 c: N
(6) 变频器参数写入的PLC语句表程序示例及注释
1 W b9 Q) Y; N3 LLD X1 参数变更指令由X3输入；
5 U1 v. i q; S+ T3 s6 I4 J0 eSET M1 置位M1辅助继电器；
1 V0 ~, A c& L1 {* `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。 ' e7 _& l% V6 D/ L
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。
* X6 A @9 a9 U. H, ^/ w; b2 o1 QAND M8029 指令执行结束；
8 \: H# l. u* bRST M1 复位M1辅助继电器。 " R5 L, X7 S) N9 T* n! f- {1 l
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。 5 q" `4 _1 v! S8 l7 N( ]0 m
3、三菱PLC控制变频器的各种方法综合评述与对比 ; f. D' s9 Y; p2 A9 \1 L' b
3.1 PLC的开关量信号控制变频器 9 R/ `/ h( x4 w* p
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。 * J5 l% m, r7 p+ E
3.2 PLC的模拟量信号控制变频器 $ C1 D% E8 ~7 `
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- a3 e E' }/ d
优点： PLC程序编制简单方便，调速曲线平滑连续、工作稳定。 # ^2 }, J# e9 C$ t# Z
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。 ; p" m: H5 V. v9 S6 ~ i* \
3.3 PLC采用RS-485无协议通讯方法控制变频器
L! M- }1 v( `6 O# W. A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。 8 g: G- @" t- J% z, i( z0 P
优点：硬件简单、造价最低，可控制32台变频器。
( v& E* N( j% @) [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。
+ |7 W$ M: U% w1 x3.4 PLC采用RS-485的Modbus-RTU通讯方法控制变频器 ' H( t$ J! t+ l* j) N. d
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。
`1 S5 ], \- W; d3 z优点： Modbus通讯方式的PLC编程比RS-485无协议方式要简单便捷。 * ?2 F: w$ P3 a. K9 r' v
缺点： PLC编程工作量仍然较大。 . g8 F) s5 M6 W1 \# ?' p2 d
3.5 PLC采用现场总线方式控制变频器 ; j' U( C4 L- r3 b5 i' @3 @
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。
2 `) e1 s Y V% _/ r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。
, c; k. ]- J0 h6 e缺点： 造价较高，远远高于采用扩展存储器通讯控制的造价。
1 ]! e5 v. _9 Z/ Z& [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。
% g% `8 y! E6 {( } ^5 c% c# k# U8 c2 D1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。 3 d$ Z! L, s9 q) \8 H9 g
4、结束语
( `9 d4 x' u: ~6 Z7 q3 f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
