台达变频器和PLC通讯功能的实现方法


台达变频器和 PLC 通讯功能的实现方法
plc 和变频器是自动化设备上最常见的部件。 其最初的控制型式大多是用 plc 的 i/o 点和模拟 量模块直接控制变频器的启停和实现调速, 但这种控制方式有两大弊端, 最大的弊端是占用 plc 的 i/o 点和需要增加昂贵的模拟量模块,造成控制成本的增加。当被控制的变频器数量 较多时,此弊端更是明显。第二个弊端是模拟量控制容易受干扰,传输距离也容易受限制。

近几年来自动化产品不断更新换代,性能不断提升,功能日益强大。在小型 plc 方面这个变 化更加明显,现在的小型 plc 不仅执行速度大大提高,指令功能日益丰富,更重要的是大都 支持多种通讯协议,并提供了更多的通讯接口。同时大多的变频器也具有了 rs485 接口,也 能支持多种通讯协议,最常见的就是 modbus 协议。这种技术的进步为 plc 和变频器通讯的 实现, 提供了软件上的协议和硬件上的物理接口, 从而为低成本高性能的通讯控制的实现打 下了良好的基础。

2 通讯相关的基础知识

2.1 通讯协议 communications protocol

通信协议是指通信双方的一种约定。这个约定包括对数据格式、同步方式、传送速度、传送 步骤、检纠错方式以及控制字符定义等问题做出统一规定,通信双方必须共同遵守。因此, 也叫做通信控制规程,或称传输控制规程。

modbus 协议是工业控制器中使用较普遍的一种网络协议。 通过此协议, 各种控制器之间 (比 如 plc、变频器、伺服驱动器、各种智能仪表)、控制器通过其它网络(比如以太网)和其 它设备之间都可以通信交换信息。 该协议定义了一个控制器可以识别的信息架构, 从而使不 同厂商生产的支持此协议的各种工控产品可以连接到一个网络上进行集中控制和信息交换。

2.2 rs485 接口的特点

rs485 接口是在大家熟知的 rs232 接口的基础上推出的性能更优的一种串口。 由于 rs485 接 口具有良好的抗噪声干扰性, 长的传输距离和多站功能等优点, 它成为应用越来越广泛的串 行接口。 此外,rs485 接口组成的半双工网络一般只需二根屏蔽双绞电线,这为长距离的 通讯线路节省了很多配线,降低了系统的成本。

3 台达 plc 和变频器通讯功能的特点

台达的 dvp 系列 plc 都具有两个通讯口,com1 是 rs232,com2 是 rs485,支持 modbus a scii/rtu 通讯格式,通讯速率最高可达 115200bps,两通讯口可以同时使用。所以无需用任 何扩展模块就可以实现既可连接用于参数设置的人机界面又可用通讯的方式控制变频器等 其它设备。并且 dvp 系列 plc 提供了针对 modbus ascii/rtu 模式的专用通讯指令,这样在编 写通讯程序时就可以大大简化,无需像用串行数据传送指令 rs 那样要进行复杂的校验码计 算和遵循复杂的指令格式。

台达的 vfd 系列变频器内建有单独的 rs485 串联通讯界面, 并且也遵循 modbus ascii/rtu 通 讯格式(vfd-a 系列除外)。基与以上特点,台达的 plc 和变频器之间可以有三种方式的通 讯控制。一是用串行通讯 rs 指令,但这种通讯方式要遵守特定的指令格式和进行复杂的校 验计算,比较繁杂,本文不作说明。二是利用 dvp 系列 plc 提供的 modbus 专用通讯指令实 现,这个功能适用于全系列的 dvp 系列 plc。三是利用 dvp 系列 plc 的 easy plc link 功能来 实现,这个功能适用除 es/ex/ss 外的其它系列 plc。本文就讲述以后两种方式的通讯功能的 实现。

4 实现 plc 和变频器通讯时的准备工作

4.1 plc 相关通讯口通讯格式的设置方法

台达 dvp 系列 plc 的每一个通讯口都对应有相关的特殊寄存器 d 和特殊继电器 m, 以进行通 讯相关的参数设置和信息的传送。本文中要使用的 com2 对应的主要特 d 特 m 及其意义见 表 1。

表 1 特殊寄存器和特殊继电器的意义

表 1 中的 d1120 是 16 位的寄存器,通过程序设置此寄存器的数值,以便使 plc 的通讯协议 与待通讯的从机协议一致。d1120 中各数据位代表的意义如表 2 所示,使用 delta 的专用 m odbus 通讯指令时 d1120 高 8 位的数据可以不设置,可以看作全为 0。比如我们要用的通 讯格式为:7 位数据长、偶数、1 位停止位(亦即常说的协议为:7e1),通讯速率为 9600, 则通过此图表我们可以知道 d1120 中的数据为:0000 0000 1000 0110,即 d1120=h86。 这样在编通讯程序时把 h86 写入 d1120,然后 set m1120,就设定好了 plc com2 口的通 讯协议。

表 2 d1120 中各数据位代表

4.2 进行通讯时变频器需要设定的相关参数及需要使用的通迅地址

变频器需要设定的参数及说明见图表 3。如果进行变频器的通讯控制时必需设定这些参数, 并且设定值要和 plc 的 d1120 值设置一致。 表 3 变频器需设置参数表

当 plc 对变频器通讯进行数据的写入和读出时, 就需要知道变频器所定义的相关功能的地址。 然后依据这些地址进行数据写入和读出, 才能实现对变频器的控制和得到变频器的当前信息。 vfd-m 系列变频器定义的本通讯实例中需用到的字址及其意义如表 4 所示。 根据此表可以知

道,当需要变频器以 20hz 正向运转时,就只需在变频器通讯相关的参数字址 2000h 写入: 0000 0000 0001 0010,即十六进制的 h12 或十进制的 k18;在 2001h 中写入 k2000。 表 4 变频器的通讯参数字址定义

4.3 plc 和变频器间的通信线的连接

变频器通讯接口各脚分布及定义如图 1 所示。当与 plc 进行 rs485 通讯时,仅需使用编号为 3 和 4 的脚,其中 3 脚和 plc 的 rs485 接口的-相连,4 脚与 rs485 口的+相连即可。变频 器接口为 rj-11 接口,和常用的电话机的接口是相同的,而 plc 端是普通接线端子埠,因此 通讯线的制作非常简单, 无需用专用接口焊接通讯线。 笔者曾用从电话机上拆下的一段电话 线实现了 plc 与变频器间的通讯。

图 1 变频器 rs-485 接口各脚定义

5 用 modrw 指令实现 plc 对变频器的通讯控制

modrw 指令是 dvp 系列 plc 提供的 modbus 数据读写指令,此指令适于 dvp 全系列 plc。因 此可以利用低端的 es 主机完成与变频器的通讯控制,实现控制系统的最佳性价比配合。本 通讯实例就以 es 系列 plc 控制 vfd-m 变频器,以实现多段速的调速操作。

modrw 指令格式为:modrw s1 s2 s3 s n。s1 为联机装置的地址,与变频器通讯时即为 参数 p88 的设置值。s2 为通讯功能码,此指令支持三个功能码,即 h03(读取多笔命令)、h 06(单笔数据写入命令)、h10(多笔数据写入命令)。s3 为欲读写的通讯从机的地址。s 为欲 读写的数据的存储地址。n 是欲读写的数据长度,es 系列 plc 当为 ascii 模式时此值设定范 围是 k1-k8,当为 rtu 模式时为 k1-k16。

本通讯实例是利用 plc 对变频器进行多段速调速控制,以实现一个单轴定位操作。其实现过 程是这样的,自动动作开始时,plc 以通讯的方式让变频器带动电机高速运转,用 plc 的高 速计数器接收机械运转的位置信息, 然后通过对位置信息的判断, 实现在接近设定位置时变 频器带动电机减速运动,直到最后位置到达时停止,以实现定位功能。实现此功能的 plc 程 序主要分三个部分, 其一是高速计数程序及比较输出, 其二是根据高速计数器的比较输出准 备待通讯的数据,其三就是通讯程序。第一部分不是本文讨论范围,第二部分和第三部分的 例子程序见图 2、图 3。

图 2 待通讯数据写入程序

图 3 通讯程序 6 用 easy plclink 功能实现 plc 与变频器的通讯

台达的 plc link 功能是以 modbus 通讯协议为基础来进行数据读写, 其特点是进行数据读写 时不需要特殊应用指令,只需用 mov 指令进行数据交换。eh/eh2/sv plc 作主站时支持 m1 353=on,可启动 32 台 link 功能及超过 16 笔读写功能;sa/sx/sc 主机仅支持 16 台 link 功 能及 16 笔读写功能。 但能控制 16 台主机的能力就足以应付大多简单控制系统。 plc 实现 用 link 功能时同样需要让主从设备的通讯口的通讯格式设置一致, 所设置的方法同前文所述。

进行 plc link 读写从站数据时,作为主站的 plc 其它需要设置的项目如表 5 所示。

表 5 plc link 时需设置的寄存器

知道上述这些需要设置的数据,就可以编写 plc 与从机间实现 link 功能的程序了。本例以 s a plc 作主机控制 vfd-m 变频器实现上例所述之多段速控制功能。变频器的设置及通讯线的 连接和上例


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