變頻器與PLC通訊的精簡設(shè)計(jì)

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變頻器與PLC通訊的精簡設(shè)計(jì)
! t, U1 D' l9 o! A' X' [- P1、引言
在工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)中，最為常見的是PLC和變頻器的組合應(yīng)用，并且產(chǎn)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(shí)施控制的方案得到廣泛的應(yīng)用：因?yàn)樗垢蓴_能力強(qiáng)、傳輸速率高、傳輸距離遠(yuǎn)且造價(jià)低廉。但是，RS-485的通訊必須解決數(shù)據(jù)編碼、求取校驗(yàn)和、成幀、發(fā)送數(shù)據(jù)、接收數(shù)據(jù)的奇偶校驗(yàn)、超時(shí)處理和出錯(cuò)重發(fā)等一系列技術(shù)問題，一條簡單的變頻器操作指令，有時(shí)要編寫數(shù)十條PLC梯形圖指令才能實(shí)現(xiàn)，編程工作量大而且繁瑣，令設(shè)計(jì)者望而生畏。
$ S: u0 ~0 K2 r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(jī)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(jià)僅僅數(shù)百元的“功能擴(kuò)展存儲(chǔ)盒”，編寫4條極其簡單的PLC梯形圖指令，即可實(shí)現(xiàn)8臺(tái)變頻器參數(shù)的讀取、寫入、各種運(yùn)行的監(jiān)視和控制，通訊距離可達(dá)50m或500m。這種方法非常簡捷便利，極易掌握。本文以三菱產(chǎn)品為范例，將這種“采用擴(kuò)展存儲(chǔ)器通訊控制變頻器”的簡便方法作一簡單介紹。
9 N3 |- w6 ]: ]( X4 \. m2、三菱PLC采用擴(kuò)展存儲(chǔ)器通訊控制變頻器的系統(tǒng)配置
2.1 系統(tǒng)硬件組成
* B, ]4 \1 R/ s4 p4 `FX2N系列PLC(產(chǎn)品版本V 3.00以上)1臺(tái)(軟件采用FX-PCS/WIN-C V 3.00版)；
4 b  A5 J5 `9 WFX2N-485-BD通訊模板1塊(最長通訊距離50m)；
或FX0N-485ADP通訊模塊1塊+FX2N-CNV-BD板1塊(最長通訊距離500m)；
FX2N-ROM-E1功能擴(kuò)展存儲(chǔ)盒1塊(安裝在PLC本體內(nèi))；
帶RS485通訊口的三菱變頻器8臺(tái)(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(shù)量不超過8臺(tái)；三菱所有系列變頻器的通訊參數(shù)編號(hào)、命令代碼和數(shù)據(jù)代碼相同。)；
RJ45電纜(5芯帶屏蔽)；
終端阻抗器(終端電阻)100Ω；
( Z8 h' P  P8 L- K6 r' a8 e選件：人機(jī)界面(如F930GOT等小型觸摸屏)1臺(tái)。
2.2 硬件安裝方法
(1) 用網(wǎng)線專用壓接鉗將電纜的一頭和RJ45水晶頭進(jìn)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(gè)P5S端頭不接。
+ T) k4 S7 A0 n9 y) B(2) 揭開PLC主機(jī)左邊的面板蓋, 將FX2N-485-BD通訊模板和FX2N-ROM-E1功能擴(kuò)展存儲(chǔ)器安裝后蓋上面板。
(3) 將RJ45電纜分別連接變頻器的PU口，網(wǎng)絡(luò)末端變頻器的接受信號(hào)端RDA、RDB之間連接一只100Ω終端電阻，以消除由于信號(hào)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。
2.3 變頻器通訊參數(shù)設(shè)置
為了正確地建立通訊，必須在變頻器設(shè)置與通訊有關(guān)的參數(shù)如“站號(hào)”、“通訊速率”、“停止位長/字長”、“奇偶校驗(yàn)”等等。變頻器內(nèi)的Pr.117~Pr.124參數(shù)用于設(shè)置通訊參數(shù)。參數(shù)設(shè)定采用操作面板或變頻器設(shè)置軟件FR-SW1-SETUP-WE在PU口進(jìn)行。
2.4 變頻器設(shè)定項(xiàng)目和指令代碼舉例
0 h, r- _3 v/ w% q. c; }. l. Z2.5 變頻器數(shù)據(jù)代碼表舉例
2.6 PLC編程方法及示例
! U" p/ ]0 _. a* S- J$ N  l(1) 通訊方式
# G! v1 ~; _; R" v- g# ]PLC與變頻器之間采用主從方式進(jìn)行通訊，PLC為主機(jī)，變頻器為從機(jī)。1個(gè)網(wǎng)絡(luò)中只有一臺(tái)主機(jī)，主機(jī)通過站號(hào)區(qū)分不同的從機(jī)。它們采用半雙工雙向通訊，從機(jī)只有在收到主機(jī)的讀寫命令后才發(fā)送數(shù)據(jù)。
(2) 變頻器控制的PLC指令規(guī)格
7 L/ n" ?* E5 l) Y* G3 S(3) 變頻器運(yùn)行監(jiān)視的PLC語句表程序示例及注釋
LD M8000 運(yùn)行監(jiān)視；
EXTR K10 K0 H6F D0 EXTR K10：運(yùn)行監(jiān)視指令；K0：站號(hào)0；H6F：頻率代碼(見表1)； D0：PLC讀取地址(數(shù)據(jù)寄存器)。
指令解釋：PLC一直監(jiān)視站號(hào)為0的變頻器的轉(zhuǎn)速(頻率)。
(4) 變頻器運(yùn)行控制的PLC語句表程序示例及注釋
LD X0 運(yùn)行指令由X0輸入；
SET M0 置位M0輔助繼電器；
, A3 S" z9 y+ f2 Q, nLD M0 EXTR K11 K0 HFA H02 EXTR K11：運(yùn)行控制指令； K0：站號(hào)0；HFA：運(yùn)行指令 H02：正轉(zhuǎn)指令。
7 ?4 A. o' A  A( M" @  |1 M9 ]8 S$ wAND M8029 指令執(zhí)行結(jié)束；
RST M0 復(fù)位M0輔助繼電器。
: u! F# Z2 X6 x7 h) ?指令解釋：PLC向站號(hào)為0的變頻器發(fā)出正轉(zhuǎn)指令。
(5) 變頻器參數(shù)讀取的PLC語句表程序示例及注釋
* I; x( H4 G  ~; F" aLD X3 參數(shù)讀取指令由X3輸入；
  p* @2 V$ j7 p1 q" o9 GSET M2 置位M2輔助繼電器；
" \4 f' }# a7 E% D2 h) oLD M2 EXTR K12 K3 K2 D2 EXTR K10：變頻器參數(shù)讀取指令； K3：站號(hào)3；K2：參數(shù)2-下限頻率； D2：PLC讀取地址(數(shù)據(jù)寄存器)。
OR RST M2 復(fù)位M2輔助繼電器。
9 e, P% Z5 V+ L/ C指令解釋：PLC一直讀取站號(hào)3的變頻器的2號(hào)參數(shù)-下限頻率。
0 l+ R; S/ @6 o2 [1 J: \/ [(6) 變頻器參數(shù)寫入的PLC語句表程序示例及注釋
LD X1 參數(shù)變更指令由X3輸入；
3 G4 \. {4 e3 DSET M1 置位M1輔助繼電器；
LD M1 EXTR K13 K3 K7 K10 EXTR K13：變頻器參數(shù)寫入指令；K3：站號(hào)3；K7：參數(shù)7-加速時(shí)間；K10：寫入的數(shù)值。
" B8 I6 m4 A9 x) ^: V7 ~& t% [# gEXTR K13 K3 K8 K10 EXTR K13：變頻器參數(shù)寫入指令；K3：站號(hào)3；K8：參數(shù)8-減速時(shí)間； K10：寫入的數(shù)值。
1 J; p* l. s$ X8 _# V# N3 PAND M8029 指令執(zhí)行結(jié)束；
8 u  J' F1 o2 ^+ G; ^5 ?RST M1 復(fù)位M1輔助繼電器。
2 a3 N: w$ @: Z: }3 b/ q指令解釋：PLC將站號(hào)3的變頻器的7號(hào)參數(shù)-加速時(shí)間、8號(hào)參數(shù)-減速時(shí)間變更為10。
/ v" E) ^8 o1 _+ m" h3、三菱PLC控制變頻器的各種方法綜合評(píng)述與對(duì)比
! ^6 P% x. ?) w6 {; E3.1 PLC的開關(guān)量信號(hào)控制變頻器
3 b2 e# Y; }7 }5 NPLC(MR型或MT型)的輸出點(diǎn)、COM點(diǎn)直接與變頻器的STF(正轉(zhuǎn)啟動(dòng))、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(dòng)、停止、復(fù)位； 也可以控制變頻器高速、中速、低速端子的不同組合實(shí)現(xiàn)多段速度運(yùn)行。但是，因?yàn)樗遣捎瞄_關(guān)量來實(shí)施控制的，其調(diào)速曲線不是一條連續(xù)平滑的曲線，也無法實(shí)現(xiàn)精細(xì)的速度調(diào)節(jié)。這種開關(guān)量控制方法，其調(diào)速精度無法與采用擴(kuò)展存儲(chǔ)器通訊控制的相比。
* R- K5 O! b& Y3.2 PLC的模擬量信號(hào)控制變頻器
+ e) B1 U; i' G5 S/ {硬件：FX1N型、FX2N型PLC主機(jī)，配置1路簡易型的FX1N-1DA-BD擴(kuò)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。
優(yōu)點(diǎn)： PLC程序編制簡單方便，調(diào)速曲線平滑連續(xù)、工作穩(wěn)定。
# q  i$ _, r2 g" h缺點(diǎn)： 在大規(guī)模生產(chǎn)線中，控制電纜較長，尤其是DA模塊采用電壓信號(hào)輸出時(shí)，線路有較大的電壓降，影響了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。另外，從經(jīng)濟(jì)角度考慮，如控制8臺(tái)變頻器，需要2塊FX2N-4DA模塊，其造價(jià)是采用擴(kuò)展存儲(chǔ)器通訊控制的5～7倍。
3.3 PLC采用RS-485無協(xié)議通訊方法控制變頻器
% P( v1 ^/ R0 z0 A2 \7 ^+ [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。
優(yōu)點(diǎn)：硬件簡單、造價(jià)最低，可控制32臺(tái)變頻器。
缺點(diǎn)：編程工作量較大。從本文的第二章可知：采用擴(kuò)展存儲(chǔ)器通訊控制的編程極其簡單，從事過PLC編程的技術(shù)人員只要知道怎樣查表，僅僅數(shù)小時(shí)即可掌握，增加的硬件費(fèi)用也很低。這種方法編程的輕松程度，是采用RS-485無協(xié)議通訊控制變頻器的方法所無法相比的。
3.4 PLC采用RS-485的Modbus-RTU通訊方法控制變頻器
9 Y0 Q% i+ t3 B; G( h: M" N三菱新型F700系列變頻器使用RS-485端子利用Modbus-RTU協(xié)議與PLC進(jìn)行通訊。
優(yōu)點(diǎn)： Modbus通訊方式的PLC編程比RS-485無協(xié)議方式要簡單便捷。
缺點(diǎn)： PLC編程工作量仍然較大。
7 X  L) O8 H0 y0 }3.5 PLC采用現(xiàn)場總線方式控制變頻器
/ F2 l, F2 d  x三菱變頻器可內(nèi)置各種類型的通訊選件，如用于CC-Link現(xiàn)場總線的FR-A5NC選件； 用于Profibus DP現(xiàn)場總線的FR-A5AP(A)選件； 用于DeviceNet現(xiàn)場總線的FR-A5ND選件等等。三菱FX系列PLC有對(duì)應(yīng)的通訊接口模塊與之對(duì)接。
0 U  R9 |% o0 L5 d1 O; d8 D6 A8 d優(yōu)點(diǎn)： 速度快、距離遠(yuǎn)、效率高、工作穩(wěn)定、編程簡單、可連接變頻器數(shù)量多。
缺點(diǎn)： 造價(jià)較高，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于采用擴(kuò)展存儲(chǔ)器通訊控制的造價(jià)。
  c' H% e' f! n4 q- Z6 @2 K綜上所述，PLC采用擴(kuò)展存儲(chǔ)器通訊控制變頻器的方法確有造價(jià)低廉、易學(xué)易用、性能可靠的優(yōu)勢(shì)； 若配置人機(jī)界面，變頻器參數(shù)設(shè)定和監(jiān)控將變得更加便利。
1臺(tái)PLC和不多于8臺(tái)變頻器組成的交流變頻傳動(dòng)系統(tǒng)是常見的小型工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)，廣泛地應(yīng)用在小型造紙生產(chǎn)線、單面瓦楞紙板機(jī)械、塑料薄膜生產(chǎn)線、印染煮漂機(jī)械、活套式金屬拉絲機(jī)等各個(gè)工業(yè)領(lǐng)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(yōu)勢(shì)，又可省卻RS-485數(shù)據(jù)通訊中的諸多繁雜計(jì)算，使工程質(zhì)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(shù)量也受到了限制。
4、結(jié)束語
本文較為詳細(xì)地介紹了PLC采用擴(kuò)展存儲(chǔ)器通訊控制變頻器的簡便方法，并綜合評(píng)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(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的科學(xué)性、先進(jìn)性和經(jīng)濟(jì)性。讀者可以根據(jù)系統(tǒng)的具體情況，選擇合適的方案。本文重點(diǎn)介紹的簡便方法盡管有其缺陷，但仍不失為一種有推廣價(jià)值的好方法.

pigeattiger

若有西門子300PLC和ABB／SEW／HITACHI變頻器通訊的實(shí)例就最好了。

tigerguo1975

不錯(cuò)的文章，學(xué)習(xí)了。

chenzhichu1988

樓主可不可以提供些，變頻器跟數(shù)控裝置的通信資料?。?/td>

fei2011

新來的，進(jìn)來學(xué)習(xí).............

ZDH2011

好長的控制模式啊，很難看懂的