基于变频器与PLC通讯的精简设计


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基于变频器与PLC通讯的精简设计
  1、引言

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  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
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  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)   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。

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  (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

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  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 参数读取指令由X3输入;   SET M2 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; K3:站号3;K2:参数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。
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  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*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。PLC可以通过程序控制变频器的启动、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。   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。   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。   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*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。

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