變頻器與PLC通訊的精簡設計
0 z9 z# H$ {- ~2 H! g1、引言
1 F* R& U' h) e& n" K在工業自動化控制系統中，最為常見的是PLC和變頻器的組合應用，并且產生了多種多樣的PLC控制變頻器的方法，其中采用RS-485通訊方式實施控制的方案得到廣泛的應用：因為它抗干擾能力強、傳輸速率高、傳輸距離遠且造價低廉。但是，RS-485的通訊必須解決數據編碼、求取校驗和、成幀、發送數據、接收數據的奇偶校驗、超時處理和出錯重發等一系列技術問題，一條簡單的變頻器操作指令，有時要編寫數十條PLC梯形圖指令才能實現，編程工作量大而且繁瑣，令設計者望而生畏。 3 J# L! {$ v2 w6 `, p% F
本文介紹一種非常簡便的三菱FX系列PLC通訊方式控制變頻器的方法：它只需在PLC主機上安裝一塊RS-485通訊板或掛接一塊RS-485通訊模塊； 在PLC的面板下嵌入一塊造價僅僅數百元的“功能擴展存儲盒”，編寫4條極其簡單的PLC梯形圖指令，即可實現8臺變頻器參數的讀取、寫入、各種運行的監視和控制，通訊距離可達50m或500m。這種方法非常簡捷便利，極易掌握。本文以三菱產品為范例，將這種“采用擴展存儲器通訊控制變頻器”的簡便方法作一簡單介紹。 $ f' h. ?" K. F6 M( @/ z
2、三菱PLC采用擴展存儲器通訊控制變頻器的系統配置 + F. B: L Q5 T1 M" K) ^ u h
2.1 系統硬件組成
4 L5 |, N D; E- t9 }FX2N系列PLC(產品版本V 3.00以上)1臺(軟件采用FX-PCS/WIN-C V 3.00版)；
( S$ X1 M! X/ yFX2N-485-BD通訊模板1塊(最長通訊距離50m)； * d6 D2 @- Y8 o; U. \
或FX0N-485ADP通訊模塊1塊+FX2N-CNV-BD板1塊(最長通訊距離500m)； ! C B, k& V/ N+ |
FX2N-ROM-E1功能擴展存儲盒1塊(安裝在PLC本體內)；
& h# ~$ v, s+ m帶RS485通訊口的三菱變頻器8臺(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，總數量不超過8臺；三菱所有系列變頻器的通訊參數編號、命令代碼和數據代碼相同。)；
" u: `! c$ h8 m" I! i" r3 ~4 iRJ45電纜(5芯帶屏蔽)； ; ]+ l0 } E9 m2 x; e
終端阻抗器(終端電阻)100Ω； ) `! p+ b, n' f3 j- ?' n! { D
選件：人機界面(如F930GOT等小型觸摸屏)1臺。 " T/ G( t% E: @& U; K
2.2 硬件安裝方法
( x6 e) o) q" O; P(1) 用網線專用壓接鉗將電纜的一頭和RJ45水晶頭進行壓接；另一頭則按圖1～圖3的方法連接FX2N-485-BD通訊模板，未使用的2個P5S端頭不接。
9 V. e9 u0 ]* U. }(2) 揭開PLC主機左邊的面板蓋, 將FX2N-485-BD通訊模板和FX2N-ROM-E1功能擴展存儲器安裝后蓋上面板。 7 T: s7 v7 v a3 e3 o
(3) 將RJ45電纜分別連接變頻器的PU口，網絡末端變頻器的接受信號端RDA、RDB之間連接一只100Ω終端電阻，以消除由于信號傳送速度、傳遞距離等原因，有可能受到反射的影響而造成的通訊障礙。
( @* D, v5 z5 O* \( S; o9 \2 ? ]2.3 變頻器通訊參數設置
v1 l' m+ Y0 b3 B' h為了正確地建立通訊，必須在變頻器設置與通訊有關的參數如“站號”、“通訊速率”、“停止位長/字長”、“奇偶校驗”等等。變頻器內的Pr.117~Pr.124參數用于設置通訊參數。參數設定采用操作面板或變頻器設置軟件FR-SW1-SETUP-WE在PU口進行。
, D; j5 o# b' t+ D' z/ G+ O4 }2.4 變頻器設定項目和指令代碼舉例 : j' ~/ [, h4 U9 N
2.5 變頻器數據代碼表舉例 3 o2 S- ~( l+ B* @# W, F/ C* }7 }
2.6 PLC編程方法及示例 * C' }. c1 b" \& V9 a! c
(1) 通訊方式
0 X) u: T: p4 H* \PLC與變頻器之間采用主從方式進行通訊，PLC為主機，變頻器為從機。1個網絡中只有一臺主機，主機通過站號區分不同的從機。它們采用半雙工雙向通訊，從機只有在收到主機的讀寫命令后才發送數據。
$ H% {2 V: f$ `8 [(2) 變頻器控制的PLC指令規格
# G0 M w/ W8 e4 w# H/ Y(3) 變頻器運行監視的PLC語句表程序示例及注釋
" E' S4 H" ^: c. M- fLD M8000 運行監視； 4 j2 y4 q. h' s5 b+ Z$ V
EXTR K10 K0 H6F D0 EXTR K10：運行監視指令；K0：站號0；H6F：頻率代碼(見表1)； D0：PLC讀取地址(數據寄存器)。
' E; N) E* a* @指令解釋：PLC一直監視站號為0的變頻器的轉速(頻率)。 ) }! r7 R- P+ g$ N8 P$ {5 _# S
(4) 變頻器運行控制的PLC語句表程序示例及注釋 & W6 L; @# @& N1 B6 p- m/ H% I
LD X0 運行指令由X0輸入； ( X( w0 \ ?4 }) c% |
SET M0 置位M0輔助繼電器； 7 _8 b# p- O. z+ l5 ?0 Q
LD M0 EXTR K11 K0 HFA H02 EXTR K11：運行控制指令； K0：站號0；HFA：運行指令 H02：正轉指令。
4 L2 F' F5 a7 q3 r" nAND M8029 指令執行結束； . q Q* w; w3 V. z/ F4 t+ X7 b
RST M0 復位M0輔助繼電器。 5 z! g/ d* Y8 u
指令解釋：PLC向站號為0的變頻器發出正轉指令。 - G0 t0 c5 N7 d1 [
(5) 變頻器參數讀取的PLC語句表程序示例及注釋 2 b/ X' X/ K. e! a/ ?* U/ h2 b
LD X3 參數讀取指令由X3輸入； ! B2 S/ S0 m' s* {9 B/ ]
SET M2 置位M2輔助繼電器；
/ z. i7 {" g% s3 x+ eLD M2 EXTR K12 K3 K2 D2 EXTR K10：變頻器參數讀取指令； K3：站號3；K2：參數2-下限頻率； D2：PLC讀取地址(數據寄存器)。 , w. Z9 N$ `$ I
OR RST M2 復位M2輔助繼電器。
- C0 S9 C1 C+ M( ^3 b: S* R指令解釋：PLC一直讀取站號3的變頻器的2號參數-下限頻率。 0 |& ~: K) G, f* F+ V
(6) 變頻器參數寫入的PLC語句表程序示例及注釋
7 Z/ o) C( G) H1 O$ V; ]! C* z9 X; WLD X1 參數變更指令由X3輸入； 2 o- f) K- M# ~2 [$ F
SET M1 置位M1輔助繼電器；
, Y. L, f6 u( A) L) C( vLD M1 EXTR K13 K3 K7 K10 EXTR K13：變頻器參數寫入指令；K3：站號3；K7：參數7-加速時間；K10：寫入的數值。 2 U/ x" o2 H' b' }
EXTR K13 K3 K8 K10 EXTR K13：變頻器參數寫入指令；K3：站號3；K8：參數8-減速時間； K10：寫入的數值。 ! |& f! w3 d4 o: E- Q
AND M8029 指令執行結束；
1 l, P- }- R! sRST M1 復位M1輔助繼電器。
9 c( a' P0 w Q( l指令解釋：PLC將站號3的變頻器的7號參數-加速時間、8號參數-減速時間變更為10。 $ g9 f9 }, |2 `$ l5 f/ b, X
3、三菱PLC控制變頻器的各種方法綜合評述與對比
1 |1 T$ o$ ~& R1 i1 a9 m3.1 PLC的開關量信號控制變頻器 & y1 q A1 k2 }( g
PLC(MR型或MT型)的輸出點、COM點直接與變頻器的STF(正轉啟動)、RH(高速)、RM(中速)、RL(低速)、輸入端SG等端口分別相連。PLC可以通過程序控制變頻器的啟動、停止、復位； 也可以控制變頻器高速、中速、低速端子的不同組合實現多段速度運行。但是，因為它是采用開關量來實施控制的，其調速曲線不是一條連續平滑的曲線，也無法實現精細的速度調節。這種開關量控制方法，其調速精度無法與采用擴展存儲器通訊控制的相比。
0 p" s* f; W* k7 Z3.2 PLC的模擬量信號控制變頻器 , |& V+ L4 ^5 e1 O% e) E6 q
硬件：FX1N型、FX2N型PLC主機，配置1路簡易型的FX1N-1DA-BD擴展模擬量輸出板； 或模擬量輸入輸出混合模塊FX0N-3A； 或兩路輸出的FX2N-2DA； 或四路輸出的FX2N-4DA模塊等。 5 {* K# A$ @: ]& m5 W. n7 C N
優點： PLC程序編制簡單方便，調速曲線平滑連續、工作穩定。 & |6 s5 D- D* L- Q1 P6 @3 l Y
缺點： 在大規模生產線中，控制電纜較長，尤其是DA模塊采用電壓信號輸出時，線路有較大的電壓降，影響了系統的穩定性和可靠性。另外，從經濟角度考慮，如控制8臺變頻器，需要2塊FX2N-4DA模塊，其造價是采用擴展存儲器通訊控制的5～7倍。
1 P9 J+ x, A7 X4 n4 p3.3 PLC采用RS-485無協議通訊方法控制變頻器 ; l7 m; j" t9 |& I/ h
這是使用得最為普遍的一種方法，PLC采用RS串行通訊指令編程。
5 O" E Q& B2 u優點：硬件簡單、造價最低，可控制32臺變頻器。 / m3 g/ P! t v+ M
缺點：編程工作量較大。從本文的第二章可知：采用擴展存儲器通訊控制的編程極其簡單，從事過PLC編程的技術人員只要知道怎樣查表，僅僅數小時即可掌握，增加的硬件費用也很低。這種方法編程的輕松程度，是采用RS-485無協議通訊控制變頻器的方法所無法相比的。
; s" E6 Q( w/ L9 c" t3.4 PLC采用RS-485的Modbus-RTU通訊方法控制變頻器 + c) e9 O) W! p: D; Y3 M: F: {- E
三菱新型F700系列變頻器使用RS-485端子利用Modbus-RTU協議與PLC進行通訊。
. _1 E$ U- I. @6 x2 O/ ]8 g優點： Modbus通訊方式的PLC編程比RS-485無協議方式要簡單便捷。
& }/ L. L6 e: b) J) T- w缺點： PLC編程工作量仍然較大。 & V% j* s) h& x! z2 ~
3.5 PLC采用現場總線方式控制變頻器
9 F9 v3 B/ d5 y$ b1 g: T U三菱變頻器可內置各種類型的通訊選件，如用于CC-Link現場總線的FR-A5NC選件； 用于Profibus DP現場總線的FR-A5AP(A)選件； 用于DeviceNet現場總線的FR-A5ND選件等等。三菱FX系列PLC有對應的通訊接口模塊與之對接。
3 L* P% {# I8 ^, r7 w% v優點： 速度快、距離遠、效率高、工作穩定、編程簡單、可連接變頻器數量多。 4 q9 k3 z+ H; Y
缺點： 造價較高，遠遠高于采用擴展存儲器通訊控制的造價。
4 R* E" z& W" X" l/ M綜上所述，PLC采用擴展存儲器通訊控制變頻器的方法確有造價低廉、易學易用、性能可靠的優勢； 若配置人機界面，變頻器參數設定和監控將變得更加便利。
$ t1 V% }3 {' ^+ m' y& Q1臺PLC和不多于8臺變頻器組成的交流變頻傳動系統是常見的小型工業自動化系統，廣泛地應用在小型造紙生產線、單面瓦楞紙板機械、塑料薄膜生產線、印染煮漂機械、活套式金屬拉絲機等各個工業領域。采用簡便控制方法，可以使工程方案擁有通訊控制的諸多優勢，又可省卻RS-485數據通訊中的諸多繁雜計算，使工程質量和工作效率得到極大的提高。但是，這種簡便方法也有其缺陷：它只能控制變頻器而不能控制其它器件；此外，控制變頻器的數量也受到了限制。
) l# X8 Z. K8 b3 h9 _4、結束語 ) B7 G. C7 Y2 K9 `' I
本文較為詳細地介紹了PLC采用擴展存儲器通訊控制變頻器的簡便方法，并綜合評述了三菱PLC控制變頻器的各種方法。深入了解這些方法，有助于提高交流變頻傳動控制系統設計的科學性、先進性和經濟性。讀者可以根據系統的具體情況，選擇合適的方案。本文重點介紹的簡便方法盡管有其缺陷，但仍不失為一種有推廣價值的好方法. |
發表于 2010-5-30 14:03:27
QQ好友和群
QQ空間
