三菱PLC與科姆龍變頻器的通訊范例

分類：技術(shù)教程日期：2011-08-22 00:00:00 來(lái)源：三菱電機(jī)自動(dòng)化（中國(guó)）有限公司

0 引言

　　科姆龍變頻器作為節(jié)能、環(huán)保的高新技術(shù)產(chǎn)品，而被推廣并應(yīng)用。隨著KV2000 無(wú)感矢量變頻器的應(yīng)用越來(lái)越廣，用戶經(jīng)常會(huì)用到變頻器RS485通訊功能，例如變頻器與PLC 或其他上位機(jī)進(jìn)行的通訊。作者憑多年的工作實(shí)踐與經(jīng)驗(yàn)，對(duì)變頻器RS485通訊有獨(dú)特的理解和體會(huì)，今天有機(jī)會(huì)把它整理出來(lái)，希望對(duì)從事自動(dòng)化領(lǐng)域，尤其是變頻器應(yīng)用領(lǐng)域的工作者有所幫助。在此特別鳴謝福建泉州的王華安總經(jīng)理在寫作過(guò)程中給予的幫助與支持。

1 KV2000變頻器RS485介紹

　　1.1 RS485通訊端口參數(shù)

　　科姆龍KV2000 無(wú)感矢量變頻器RS485 通訊端口參數(shù)，在通過(guò)電腦及其他上位機(jī)進(jìn)行通訊控制時(shí)，F(xiàn)093用來(lái)指定本變頻器的通訊地址、通訊格式和通訊速率，其參數(shù)設(shè)定格式為F093＝PB.ID

　　其中: P為通訊格式，設(shè)定說(shuō)明見(jiàn)表1；

　　B為通訊速率，設(shè)定說(shuō)明見(jiàn)表2；

　　ID為通訊地址，設(shè)定范圍為ID＝01～99。

1.2 RS485硬件介面規(guī)格

　　變頻器與電腦通訊時(shí)，可轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)的9 pinDsub（公）電腦接頭。轉(zhuǎn)換后的定義見(jiàn)表3。RS485轉(zhuǎn)換接口外觀見(jiàn)圖1。

　　RS485 介面可允許多臺(tái)變頻器的相應(yīng)信號(hào)端子直接并聯(lián)。

　　1.3 KV2000通訊格式

　　1.3.1 對(duì)變頻器的命令

　　經(jīng)由RS485 介面與變頻器之間的信息溝通都是ASCII碼字串，結(jié)尾須加CR 符號(hào)（0x0D）。電腦的通訊端口必須定義為7Bit data，Even Parity

　　1）運(yùn)行控制命令（變頻器無(wú)回復(fù)資料）命令格式【C，uu，cc，fffff】

　　其中：C為運(yùn)行控制命令的起始字元。

　　uu 為通訊地址，指定第uu 臺(tái)接收本字串。uu（ID）可指定為第00～99臺(tái)。若uu＝00，則所有的變頻器都必須接受命令。

　　cc為十進(jìn)制運(yùn)行控制命令代碼（00～15）。由四個(gè)二進(jìn)制信號(hào)組成，設(shè)定見(jiàn)表4。

　　fffff為速度設(shè)定值。

　　2）參數(shù)書寫命令（變頻器無(wú)回復(fù)資料）命令格式【W(wǎng)，uu，nn，ddddd】或【W(wǎng)，uu，nnn，ddddd】其中：

　　W為參數(shù)書寫命令的起始字元。

　　uu 為通訊地址，指定第uu 臺(tái)接收本字串。

　　uu（ID）可指定為第00～99臺(tái)。若uu＝00，則所有的變頻器都必須接受命令。

　　nn（n）在通訊格式P＝0 時(shí)，參數(shù)號(hào)碼為兩位數(shù)“nn”，參數(shù)號(hào)碼由00～99。通訊格式P＝1時(shí)，參數(shù)號(hào)碼為三位數(shù)“nnn”，參數(shù)號(hào)碼由000～099。

　　ddddd為欲寫入的參數(shù)值，由00000～65 535。

　　3）參數(shù)讀取命令（變頻器將會(huì)回復(fù)參數(shù)值及運(yùn)行狀態(tài)）命令格式【R，uu，nn】或【R，uu，nnn】其中：

　　R為參數(shù)讀取命令的起始字元。

　　uu 為通訊地址，指定第uu 臺(tái)接收本字串。uu（ID）可指定為第00～99臺(tái)。若uu＝00，則所有的變頻器都必須接受命令。

　　nn（n）在通訊格式P=0 時(shí)，參數(shù)號(hào)碼為兩位數(shù)“nn”，參數(shù)號(hào)碼由00～99。通訊格式P＝1時(shí)，參數(shù)號(hào)碼為三位數(shù)“nnn”，參數(shù)號(hào)碼由000～099。

　　1.3.2 變頻器回復(fù)電腦的信息

　　變頻器接到要求的參數(shù)讀取命令時(shí)，立即開始回復(fù)該參數(shù)及當(dāng)時(shí)的運(yùn)行資料，回復(fù)信息的格式【P，uu，nn，tt，ddddd，s，aaaa】或【P，uu，nnn，tt，ddddd，s，aaaa】其中：

　　P為參數(shù)回復(fù)信息的起始字元。

　　uu為指出本字串為第uu臺(tái)的回復(fù)信息，由各變頻器的參數(shù)F093決定本身的通訊地址。

　　tt 為回復(fù)參數(shù)的資料類型（略，詳見(jiàn)KV2000 用戶使用說(shuō)明書）。

　　ddddd為回復(fù)的參數(shù)值（00000～65 535）。

　　s回復(fù)變頻器的輸出狀態(tài)，包括

　　s=1變頻器反轉(zhuǎn)輸出中；

　　s＝2變頻器正轉(zhuǎn)輸出中；

　　s＝3變頻器停止；

　　s＝其他值，未定義。

　　aaaa 為回復(fù)變頻器最近4 次故障記錄，（0000～9999）四個(gè)數(shù)字分別代表最近4 次故障的代碼記錄，具體為千位數(shù)的a 代表現(xiàn)在的故障狀況的代碼；百位數(shù)的a 代表前一次的故障狀況的代碼；十位數(shù)的a 代表前兩次的故障狀況的代碼；個(gè)位數(shù)的a 代表前三次的故障狀況的代碼。

　 2 可編程控制器（PLC）簡(jiǎn)介早期，用導(dǎo)線將各種繼電器、接觸器及其觸點(diǎn)按一定的邏輯關(guān)系連接成控制系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)各種生產(chǎn)機(jī)械的控制，這就是我們所熟悉的傳統(tǒng)的繼電器接觸器控制。由于它簡(jiǎn)單易懂，使用方便，價(jià)格低廉，在一定的范圍內(nèi)能滿足控制要求，因而在工業(yè)控制領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用并曾占據(jù)主導(dǎo)地位。但是，這種繼電器接觸器裝置采用的是固定接線方式，是一種專用控制裝置，一旦生產(chǎn)過(guò)程有所變動(dòng)，就得重新設(shè)計(jì)線路并連接安裝，因此，這種裝置的通用性和靈活性較差，不利于產(chǎn)品的迅速更新?lián)Q代。

　　PLC是在傳統(tǒng)的順序控制器的基礎(chǔ)上引入了微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和通訊技術(shù)而形成的一代新型工業(yè)控制裝置，目的是用來(lái)取代繼電器控制系統(tǒng)，執(zhí)行邏輯、記時(shí)、計(jì)數(shù)等順序控制功能，建立柔性的程序系統(tǒng)。IEC 頒布了對(duì)PLC 的定義：可編程控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)。它采用可編程序的存儲(chǔ)器，用來(lái)在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并通過(guò)數(shù)字的、模擬的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程。可編程控制器及其有關(guān)設(shè)備，都應(yīng)按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體（如圖2 所示），易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計(jì)。PLC 具有通用性強(qiáng)、使用方便、適用面廣、可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、編程簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。

3 運(yùn)用可編程控制器PLC 對(duì)變頻器的常規(guī)控制

　　3.1 PLC接受的變頻器輸出參數(shù)

　　如圖3所示，變頻器的運(yùn)行信號(hào)，報(bào)警輸出，頻率到達(dá)，轉(zhuǎn)速輸出，AM 模擬量輸出等參數(shù)輸入到PLC 的輸入點(diǎn)和D/A、A/D轉(zhuǎn)換模塊。

　　3.2 變頻器接受的PLC輸出的控制參數(shù)

　　1）PLC 輸出點(diǎn)控制變頻器的運(yùn)行和停止；

　　2）PLC 輸出點(diǎn)控制變頻器多段速度運(yùn)行；

　　3）PLC 輸出點(diǎn)控制變頻器的故障復(fù)位；

　　4）PLC 的D/A或A/D模塊輸出給定變頻器的運(yùn)行頻率。

　　3.3 常規(guī)應(yīng)用方式的缺點(diǎn)

　　1）不能進(jìn)行內(nèi)部數(shù)據(jù)的傳遞；

　　2）占用了PLC 較多的輸入/ 輸出點(diǎn)，且還需要添加D/A轉(zhuǎn)換和A/D轉(zhuǎn)換特殊功能模塊，這種控制模式極大地增加了變頻器的控制成本；

　　3）變頻器必須進(jìn)行繁瑣的控制線路的配線（如圖3 所示），使得變頻器的運(yùn)行穩(wěn)定性降低，變頻器維護(hù)和故障排除變得困難。如果幾臺(tái)變頻控制電機(jī)要進(jìn)行同步運(yùn)行，很明顯，這種控制模式就更加難以滿足需求。

4 三菱PLC與科姆龍變頻器的通訊說(shuō)明

　　下面介紹如何利用三菱PLC 的RS 指令對(duì)KV2000變頻器進(jìn)行通訊控制，具體的RS指令說(shuō)明請(qǐng)參照三菱公司《FX通訊手冊(cè)》第九章關(guān)于RS指令的介紹。

　　4.1 特殊輔助繼電器

　　特殊輔助繼電器如表5所列。

　　4.2 特殊數(shù)據(jù)寄存器

　　特殊數(shù)據(jù)寄存器如表6所列。

　　4.3 通訊格式（D8120）

　　通訊格式（D8120）如表7所列。

　　通訊格式?jīng)Q定RS 指令和變頻器通訊時(shí)的通訊設(shè)置（數(shù)據(jù)長(zhǎng)度、奇偶校驗(yàn)位和波特率等），根據(jù)變頻器的通訊設(shè)定來(lái)設(shè)置D8120，設(shè)置好D8120 參數(shù)后，PLC要斷電一次，后再通電，以確保參數(shù)寫入。

4.4 三菱PLC擴(kuò)展RS485通訊模塊

　　RS485 串行數(shù)據(jù)通訊接口，在三菱FX2N 系列PLC 上擴(kuò)展一個(gè)RS485通訊模塊，型號(hào)為FX-485-BD，如圖4 所示。三菱PLC 與科姆龍變頻器通訊的硬件接線原理圖見(jiàn)圖5。

5 PLC讀取變頻器參數(shù)程序范例

　　在設(shè)計(jì)軟件方面，首先對(duì)變頻器通訊環(huán)境進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，包括地址、波特率、奇偶校驗(yàn)等。然后，根據(jù)變頻器的通訊協(xié)議（詳見(jiàn)本文第1 節(jié)），運(yùn)用三菱可編程控制器的串行數(shù)據(jù)通訊RS指令，設(shè)計(jì)出PLC對(duì)變頻器實(shí)行控制的梯形圖程序，如果系統(tǒng)配有觸摸屏（人機(jī)界面），可將觸摸屏的軟件設(shè)計(jì)也納入對(duì)變頻器的監(jiān)控中，限于篇幅的原因，人機(jī)界面的內(nèi)容在這里不再描述。

　　5.1 PLC讀取變頻器參數(shù)的程序

　　設(shè)定F093為6.01，表示通訊格式為KV2000通訊格式，參數(shù)號(hào)碼為兩位數(shù)“nn”；通訊速率19200bit/s，1stopbits，通訊地址是第1臺(tái)變頻器。

　　5.1.1 通訊程序1主要功能解說(shuō)

　　通訊程序1如圖6所示。

結(jié)合表7 內(nèi)容，串行通訊設(shè)定為波特率19 200，偶校驗(yàn)，7位數(shù)據(jù)長(zhǎng)度，1位停止位。

　　2）8 位/16位變換標(biāo)志（M8161）當(dāng)M8161 OFF時(shí)，16 數(shù)據(jù)被分為高8 位和低8 位，然后發(fā)送或接收。當(dāng)M8161 ON時(shí)，高8位被忽略，只有低8位被視為有效。上述程序設(shè)的是8位模式。

　　3）數(shù)據(jù)傳輸標(biāo)志和接收結(jié)束標(biāo)志（M8122 和M8123） M8122是數(shù)據(jù)傳輸標(biāo)志，當(dāng)發(fā)送完成時(shí)，此請(qǐng)求自動(dòng)復(fù)位，不要用程序復(fù)位此請(qǐng)求。接收完成標(biāo)志M8123不能在一個(gè)連續(xù)的程序中復(fù)位。

　　5.1.2 通訊程序2主要功能解說(shuō)通訊程序2如圖7所示。

　　RS 指令用RS232 端口選用設(shè)備來(lái)發(fā)送和接收串行數(shù)據(jù)。在本范例中，它規(guī)定了從可編程控制器發(fā)送數(shù)據(jù)的首地址（D50）和點(diǎn)數(shù)（D1），還規(guī)定了接收數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)首地址（D65）和最大可接受的點(diǎn)數(shù)（D0）。

　　根據(jù)參數(shù)讀取命令【R，uu，nn】，由十六進(jìn)制與代碼對(duì)照表中得知，傳送給D50、D51、D52、D53、D54、D55、D56、D57的數(shù)據(jù)分別是【R，01，60 CR】，如圖8所示。則表示PLC讀取第1臺(tái)變頻器的F060參數(shù)（F060表示變頻器輸出電壓）。

5.2 設(shè)定頻率和運(yùn)行方向的程序

　　根據(jù)運(yùn)行控制命令，由十六進(jìn)制與代碼對(duì)照表中得知，當(dāng)程序傳送【H43，H2C，H30，H31，H2C，H30，H32，H2C，H30，H34，H30，H30，H30，H0D】時(shí)，傳送的代碼是【C，01，02，04000CR】，如圖9 所示，表示第1 臺(tái)變頻器以40 Hz 的頻率進(jìn)行正轉(zhuǎn)運(yùn)行，程序略。

　　5.3 PLC與變頻器RS485通訊的特點(diǎn)

　　1）僅通過(guò)一條通訊電纜連接，無(wú)須其他外部接線，見(jiàn)圖10；

　　2）幾乎完成傳統(tǒng)應(yīng)用的所有功能；

　　3）能進(jìn)行內(nèi)部的數(shù)據(jù)通訊，非常方便地從變頻器中獲取所驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)機(jī)各種電參數(shù)如：運(yùn)行頻率、電流、電壓、功率等，配以人機(jī)界面，則直接顯示上述電參數(shù)；

　　4）通過(guò)人機(jī)界面或上位機(jī)等可對(duì)變頻器的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置或修改；

　　5）普通變頻器最多32臺(tái)掛在RS485總線上，而科姆龍變頻器則可以實(shí)現(xiàn)最多99 臺(tái)掛在RS485 總線上。實(shí)現(xiàn)PLC 對(duì)變頻器的集散式遠(yuǎn)程控制（其對(duì)多臺(tái)變頻器同步運(yùn)行控制效果尤為理想）