變頻器與PLC通訊的精簡設計

黃一鈁

1、三菱PLC采用擴展存儲器通訊控制變頻器的系統配置 fficeffice" />

1.1 系統硬件組成

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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)；

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FX2N-485-BD通訊模板1塊(最長通訊距離ffice:smarttags" />50m)；

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或FX0N-485ADP通訊模塊1塊+FX2N-CNV-BD板1塊(最長通訊距離500m)；

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FX2N-ROM-E1功能擴展存儲盒1塊(安裝在PLC本體內)；

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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。)；

RJ45電纜(5芯帶屏蔽)；

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終端阻抗器(終端電阻)100Ω；

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選件：人機界面(如F930GOT等小型觸摸屏)1臺。

1.2 硬件安裝方法

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(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。

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(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。

(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。

1.3 變頻器通訊參數設置

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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。

1.4 變頻器設定項目和指令代碼舉例

1.5 變頻器數據代碼表舉例

1.6 PLC編程方法及示例

(1) 通訊方式

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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。

(2) 變頻器控制的PLC指令規格

(3) 變頻器運行監視的PLC語句表程序示例及注釋

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LD M8000 運行監視；

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)。

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指令解釋：PLC一直監視站號為0的變頻器的轉速(頻率)。

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(4) 變頻器運行控制的PLC語句表程序示例及注釋

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LD X0 運行指令由X0輸入；

SET M0 置位M0輔助繼電器；

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。

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AND M8029 指令執行結束；

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RST M0 復位M0輔助繼電器。

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指令解釋：PLC向站號為0的變頻器發出正轉指令。

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(5) 變頻器參數讀取的PLC語句表程序示例及注釋

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LD X3 參數讀取指令由X3輸入；

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SET M2 置位M2輔助繼電器；

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LD 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)。

OR RST M2 復位M2輔助繼電器。

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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。

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(6) 變頻器參數寫入的PLC語句表程序示例及注釋

LD X1 參數變更指令由X3輸入；

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SET M1 置位M1輔助繼電器；

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LD 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。

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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。

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AND M8029 指令執行結束；

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RST M1 復位M1輔助繼電器。

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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。

2、三菱PLC控制變頻器的各種方法綜合評述與對比

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2.1 PLC的開關量信號控制變頻器

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。

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2.2 PLC的模擬量信號控制變頻器

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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。

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優點： PLC程序編制簡單方便，調速曲線平滑連續、工作穩定。

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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。

2.3 PLC采用RS-485無協議通訊方法控制變頻器

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。

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優點：硬件簡單、造價最低，可控制32臺變頻器。

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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。

2.4 PLC采用RS-485的Modbus-RTU通訊方法控制變頻器

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。

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優點： Modbus通訊方式的PLC編程比RS-485無協議方式要簡單便捷。

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缺點： PLC編程工作量仍然較大。

2.5 PLC采用現場總線方式控制變頻器

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。

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。

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缺點： 造價較高，遠遠高于采用擴展存儲器通訊控制的造價。

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。

1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。