淺談變頻器與三菱PLC通訊的精簡設計
發布時間：2019-08-01 10:39:45來源：
一、引言
在工業自動化控制系統中，比較為常見的是PLC和變頻器的組合應用，并且產生了多種多樣的PLC控制變頻器的方法，其中采用RS-485通訊方式實施控制的方案得到廣泛的應用：因為它抗干擾能力強、傳輸速率高、傳輸距離遠且造價低廉。但是，RS-485的通訊必須解決數據編碼、求取校驗和、成幀、發送數據、接收數據的奇偶校驗、超時處理和出錯重發等一系列技術問題，一條簡單的變頻器操作指令，有時要編寫數十條PLC梯形圖指令才能實現，編程工作量大而且繁瑣，令設計者望而生畏。
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僅僅數百元的“功能擴展存儲盒”，編寫4條極其簡單的PLC梯形圖指令，即可實現8臺變頻器參數的讀取、寫入、各種運行的監視和控制，通訊距離可達50m或500m。這種方法非常簡捷便利，極易掌握。本文以三菱產品為范例，將這種“采用擴展存儲器通訊控制變頻器”的簡便方法作一簡單介紹。
二、三菱PLC采用擴展存儲器通訊控制變頻器的系統配置
1、系統硬件組成
圖1 三菱PLC采用擴展存儲器通訊控制變頻器的系統配置
圖2 FX2N-485-BD通訊板外形圖
圖3 三菱變頻器 PU插口外形及插針號
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)；FX2N-485-BD通訊模板1塊(比較長通訊距離50m)；或FX0N-485ADP通訊模塊1塊+FX2N-CNV-BD板1塊(比較長通訊距離500m)；FX2N-ROM-E1功能擴展存儲盒1塊(安裝在PLC本體內)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)；終端阻抗器(終端電阻)100Ω；選件：人機界面(如F930GOT等小型觸摸屏)1臺。
2、硬件安裝方法
(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。
(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。
3、變頻器通訊參數設置
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。
4、變頻器設定項目和指令代碼舉例
如表1所示。參數設定完成后, 通過PLC程序設定指令代碼、數據和開始通訊, 允許各種類型的操作和監視。
5、變頻器數據代碼表舉例
如表2所示。
6、PLC編程方法及示例
(1) 通訊方式
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
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)。指令解釋：PLC一直監視站號為0的變頻器的轉速(頻率)。
(4)變頻器運行控制的PLC語句表程序示例及注釋
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(見表1)； H02：正轉指令(見表1)。
AND M8029 指令執行結束； 字串9
RST M0 復位M0輔助繼電器。
指令解釋：PLC向站號為0的變頻器發出正轉指令。
(5) 變頻器參數讀取的PLC語句表程序示例及注釋
LD X3 參數讀取指令由X3輸入；
SET M2 置位M2輔助繼電器；
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(見表2)； D2：PLC讀取地址(數據寄存器)。
OR RST M2 復位M2輔助繼電器。
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。
(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；
SET M1 置位M1輔助繼電器；
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(見表2)；K10：寫入的數值。
字串1
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(見表2)； K10：寫入的數值。
AND M8029 指令執行結束；
RST M1 復位M1輔助繼電器。
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。
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三、三菱PLC控制變頻器的各種方法綜合評述與對比
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。
2、PLC的模擬量信號控制變頻器
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。
優點： PLC程序編制簡單方便，調速曲線平滑連續、工作穩定。
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
3、PLC采用RS-485無協議通訊方法控制變頻器
這是使用得比較為普遍的一種方法，PLC采用RS串行通訊指令編程。
優點：硬件簡單、造價比較低，可控制32臺變頻器。
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。
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。
優點： Modbus通訊方式的PLC編程比RS-485無協議方式要簡單便捷。
缺點： PLC編程工作量仍然較大。
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。 字串4
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。
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