变频器与PLC通讯的精简设计


变频器与 PLC 通讯的精简设计
作者姓名: 林辛畴 作者单位: 湖南晋彦海通自控工程有限公司

1、引言 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。

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。

2、三菱 PLC 采用扩展存储器通讯控制变频器的系统配置 2.1 系统硬件组成

如图 1~图 3 所示。

图 1 三菱 PLC 采用扩展存储器通讯控制变频器的系统配置

图 2 FX2N-485-BD 通讯板外形图

图 3 三菱变频器 PU 插口外形及插针号(从变频器正面看)
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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); FX2N-485-BD 通讯模板 1 块(最长通讯距离 50m); 或 FX0N-485ADP 通讯模块 1 块+FX2N-CNV-BD 板 1 块(最长通讯距离 500m); FX2N-ROM-E1 功能扩展存储盒 1 块(安装在 PLC 本体内); 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。); RJ45 电缆(5 芯带屏蔽); 终端阻抗器(终端电阻)100Ω; 选件:人机界面(如 F930GOT 等小型触摸屏)1 台。

2.2 硬件安装方法

(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。

(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。

(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。

2.3 变频器通讯参数设置

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。

2.4 变频器设定项目和指令代码举例

如表 1 所示。参数设定完成后, 通过 PLC 程序设定指令代码、数据和开始通讯, 允 许各种类型的操作和监视。

2.5 变频器数据代码表举例

如表 2 所示。

2.6 PLC 编程方法及示例

(1) 通讯方式

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。

(2) 变频器控制的 PLC 指令规格

如表 3 所示。

(3) 变频器运行监视的 PLC 语句表程序示例及注释

LD M8000 运行监视; 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)。

指令解释:PLC 一直监视站号为 0 的变频器的转速(频率)。

(4) 变频器运行控制的 PLC 语句表程序示例及注释

LD X0 运行指令由 X0 输入; SET M0 置位 M0 辅助继电器; LD M0 EXTR K11 K0 HFA H02 EXTR K11:运行控制指令; K0:站号 0;HFA:运行指令 (见表 1); H02:正转指令(见表 1)。 AND M8029 指令执行结束; RST M0 复位 M0 辅助继电器。

指令解释:PLC 向站号为 0 的变频器发出正转指令。

(5) 变频器参数读取的 PLC 语句表程序示例及注释

LD X3 SET M2

参数读取指令由 X3 输入; 置位 M2 辅助继电器;

LD M2 EXTR K12 K3 K2 D2 EXTR K10:变频器参数读取指令; 数 2-下限频率(见表 2); D2:PLC 读取地址(数据寄存器)。 OR RST M2 复位 M2 辅助继电器。

K3:站号 3;K2:参

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。

(6) 变频器参数写入的 PLC 语句表程序示例及注释

LD X1 参数变更指令由 X3 输入; SET M1 置位 M1 辅助继电器; 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(见表 2);K10:写入的数值。 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(见表 2); K10:写入的数值。 AND M8029 指令执行结束; RST M1 复位 M1 辅助继电器。

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。

3、三菱 PLC 控制变频器的各种方法综合评述与对比 3.1 PLC 的开关量信号控制变频器

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。 可以通过程序控制变频器的启动、 PLC 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。

3.2 PLC 的模拟量信号控制变频器

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。
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优点: PLC 程序编制简单方便,调速曲线平滑连续、工作稳定。 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。

3.3 PLC 采用 RS-485 无协议通讯方法控制变频器

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。
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优点:硬件简单、造价最低,可控制 32 台变频器。 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。

3.4 PLC 采用 RS-485 的 Modbus-RTU 通讯方法控制变频器

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。
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优点: Modbus 通讯方式的 PLC 编程比 RS-485 无协议方式要简单便捷。 缺点: PLC 编程工作量仍然较大。

3.5 PLC 采用现场总线方式控制变频器

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。
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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。 缺点: 造价较高,远远高于采用扩展存储器通讯控制的造价。

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。

1 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。

4、结束语 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。

出处:《变频器世界》


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