1、变频器与 PLC 通讯的精简设计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
2、 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、 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
4、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)100； 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
5、信号端RDA、RDB 之间连接一只 100 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.117Pr.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
6、 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
7、)。(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
8、 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。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
9、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。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
10、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
11、，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 57 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
12、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。 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
13、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。
