1、引言

　　在工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)中，最為常見(jiàn)的是PLC和變頻器的組合應(yīng)用，并且產(chǎn)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(shí)施控制的方案得到廣泛的應(yīng)用：因?yàn)樗垢蓴_能力強(qiáng)、傳輸速率高、傳輸距離遠(yuǎn)且造價(jià)低廉。但是，RS-485的通訊必須解決數(shù)據(jù)編碼、求取校驗(yàn)和、成幀、發(fā)送數(shù)據(jù)、接收數(shù)據(jù)的奇偶校驗(yàn)、超時(shí)處理和出錯(cuò)重發(fā)等一系列技術(shù)問(wèn)題，一條簡(jiǎn)單的變頻器操作指令，有時(shí)要編寫(xiě)數(shù)十條PLC梯形圖指令才能實(shí)現(xiàn)，編程工作量大而且繁瑣，令設(shè)計(jì)者望而生畏。

　　本文介紹一種非常簡(jiǎn)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(jī)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(jià)僅僅數(shù)百元的“功能擴(kuò)展存儲(chǔ)盒”，編寫(xiě)4條極其簡(jiǎn)單的PLC梯形圖指令，即可實(shí)現(xiàn)8臺(tái)變頻器參數(shù)的讀取、寫(xiě)入、各種運(yùn)行的監(jiān)視和控制，通訊距離可達(dá)50m或500m。這種方法非常簡(jiǎn)捷便利，極易掌握。本文以三菱產(chǎn)品為范例，將這種“采用擴(kuò)展存儲(chǔ)器通訊控制變頻器”的簡(jiǎn)便方法作一簡(jiǎn)單介紹。

　　2、三菱PLC采用擴(kuò)展存儲(chǔ)器通訊控制變頻器的系統(tǒng)配置

　　2.1系統(tǒng)硬件組成

　　如圖1~圖3所示。

　　圖1三菱PLC采用擴(kuò)展存儲(chǔ)器通訊控制變頻器的系統(tǒng)配置

　　圖2FX2N-485-BD通訊板外形圖

　　圖3三菱變頻器PU插口外形及插針號(hào)(從變頻器正面看)

　　FX2N系列PLC(產(chǎn)品版本V3.00以上)1臺(tái)(軟件采用FX-PCS/WIN-CV3.00版)；

　　FX2N-485-BD通訊模板1塊(最長(zhǎng)通訊距離50m)；

　　或FX0N-485ADP通訊模塊1塊+FX2N-CNV-BD板1塊(最長(zhǎng)通訊距離500m)；

　　FX2N-ROM-E1功能擴(kuò)展存儲(chǔ)盒1塊(安裝在PLC本體內(nèi))；

　　帶RS485通訊口的三菱變頻器8臺(tái)(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(shù)量不超過(guò)8臺(tái)；三菱所有系列變頻器的通訊參數(shù)編號(hào)、命令代碼和數(shù)據(jù)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(jī)界面(如F930GOT等小型觸摸屏)1臺(tái)。

　　2.2硬件安裝方法

　　(1)用網(wǎng)線專(zhuān)用壓接鉗將電纜的一頭和RJ45水晶頭進(jìn)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(gè)P5S端頭不接。

　　(2)揭開(kāi)PLC主機(jī)左邊的面板蓋,將FX2N-485-BD通訊模板和FX2N-ROM-E1功能擴(kuò)展存儲(chǔ)器安裝后蓋上面板。

　　(3)將RJ45電纜分別連接變頻器的PU口，網(wǎng)絡(luò)末端變頻器的接受信號(hào)端RDA、RDB之間連接一只100Ω終端電阻，以消除由于信號(hào)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。

　　2.3變頻器通訊參數(shù)設(shè)置

　　為了正確地建立通訊，必須在變頻器設(shè)置與通訊有關(guān)的參數(shù)如“站號(hào)”、“通訊速率”、“停止位長(zhǎng)/字長(zhǎng)”、“奇偶校驗(yàn)”等等。變頻器內(nèi)的Pr.117~Pr.124參數(shù)用于設(shè)置通訊參數(shù)。參數(shù)設(shè)定采用操作面板或變頻器設(shè)置軟件FR-SW1-SETUP-WE在PU口進(jìn)行。

　　2.4變頻器設(shè)定項(xiàng)目和指令代碼舉例

　　如表1所示。參數(shù)設(shè)定完成后,通過(guò)PLC程序設(shè)定指令代碼、數(shù)據(jù)和開(kāi)始通訊,允許各種類(lèi)型的操作和監(jiān)視。

　　2.5變頻器數(shù)據(jù)代碼表舉例

　　如表2所示。

　　2.6PLC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(jìn)行通訊，PLC為主機(jī)，變頻器為從機(jī)。1個(gè)網(wǎng)絡(luò)中只有一臺(tái)主機(jī)，主機(jī)通過(guò)站號(hào)區(qū)分不同的從機(jī)。它們采用半雙工雙向通訊，從機(jī)只有在收到主機(jī)的讀寫(xiě)命令后才發(fā)送數(shù)據(jù)。

　　(2)變頻器控制的PLC指令規(guī)格

　　如表3所示。

　　(3)變頻器運(yùn)行監(jiān)視的PLC語(yǔ)句表程序示例及注釋

　　LDM8000運(yùn)行監(jiān)視；

　　EXTRK10K0H6FD0EXTRK10：運(yùn)行監(jiān)視指令；K0：站號(hào)0；H6F：頻率代碼(見(jiàn)表1)；D0：PLC讀取地址(數(shù)據(jù)寄存器)。

　　指令解釋?zhuān)篜LC一直監(jiān)視站號(hào)為0的變頻器的轉(zhuǎn)速(頻率)。

　　(4)變頻器運(yùn)行控制的PLC語(yǔ)句表程序示例及注釋

　　LDX0運(yùn)行指令由X0輸入；

　　SETM0置位M0輔助繼電器；

　　LDM0

　　EXTRK11K0HFAH02EXTRK11：運(yùn)行控制指令；K0：站號(hào)0；HFA：運(yùn)行指令(見(jiàn)表1)；H02：正轉(zhuǎn)指令(見(jiàn)表1)。

　　ANDM8029指令執(zhí)行結(jié)束；

　　RSTM0復(fù)位M0輔助繼電器。

　　指令解釋?zhuān)篜LC向站號(hào)為0的變頻器發(fā)出正轉(zhuǎn)指令。

　　(5)變頻器參數(shù)讀取的PLC語(yǔ)句表程序示例及注釋

　　LDX3參數(shù)讀取指令由X3輸入；

　　SETM2置位M2輔助繼電器；

　　LDM2

　　EXTRK12K3K2D2EXTRK10：變頻器參數(shù)讀取指令；K3：站號(hào)3；K2：參數(shù)2-下限頻率(見(jiàn)表2)；D2：PLC讀取地址(數(shù)據(jù)寄存器)。

　　ORRSTM2復(fù)位M2輔助繼電器。

　　指令解釋?zhuān)篜LC一直讀取站號(hào)3的變頻器的2號(hào)參數(shù)-下限頻率。

　　(6)變頻器參數(shù)寫(xiě)入的PLC語(yǔ)句表程序示例及注釋

　　LDX1參數(shù)變更指令由X3輸入；

　　SETM1置位M1輔助繼電器；

　　LDM1

　　EXTRK13K3K7K10EXTRK13：變頻器參數(shù)寫(xiě)入指令；K3：站號(hào)3；K7：參數(shù)7-加速時(shí)間(見(jiàn)表2)；K10：寫(xiě)入的數(shù)值。

　　EXTRK13K3K8K10EXTRK13：變頻器參數(shù)寫(xiě)入指令；K3：站號(hào)3；K8：參數(shù)8-減速時(shí)間(見(jiàn)表2)；K10：寫(xiě)入的數(shù)值。

　　ANDM8029指令執(zhí)行結(jié)束；

　　RSTM1復(fù)位M1輔助繼電器。

　　指令解釋?zhuān)篜LC將站號(hào)3的變頻器的7號(hào)參數(shù)-加速時(shí)間、8號(hào)參數(shù)-減速時(shí)間變更為10。

　　3、三菱PLC控制變頻器的各種方法綜合評(píng)述與對(duì)比

　　3.1PLC的開(kāi)關(guān)量信號(hào)控制變頻器

　　PLC(MR型或MT型)的輸出點(diǎn)、COM點(diǎn)直接與變頻器的STF(正轉(zhuǎn)啟動(dòng))、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(guò)程序控制變頻器的啟動(dòng)、停止、復(fù)位；也可以控制變頻器高速、中速、低速端子的不同組合實(shí)現(xiàn)多段速度運(yùn)行。但是，因?yàn)樗遣捎瞄_(kāi)關(guān)量來(lái)實(shí)施控制的，其調(diào)速曲線不是一條連續(xù)平滑的曲線，也無(wú)法實(shí)現(xiàn)精細(xì)的速度調(diào)節(jié)。這種開(kāi)關(guān)量控制方法，其調(diào)速精度無(wú)法與采用擴(kuò)展存儲(chǔ)器通訊控制的相比。

　　3.2PLC的模擬量信號(hào)控制變頻器

　　硬件：FX1N型、FX2N型PLC主機(jī)，配置1路簡(jiǎn)易型的FX1N-1DA-BD擴(kuò)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(yōu)點(diǎn)：PLC程序編制簡(jiǎn)單方便，調(diào)速曲線平滑連續(xù)、工作穩(wěn)定。

　　缺點(diǎn)：在大規(guī)模生產(chǎn)線中，控制電纜較長(zhǎng)，尤其是DA模塊采用電壓信號(hào)輸出時(shí)，線路有較大的電壓降，影響了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。另外，從經(jīng)濟(jì)角度考慮，如控制8臺(tái)變頻器，需要2塊FX2N-4DA模塊，其造價(jià)是采用擴(kuò)展存儲(chǔ)器通訊控制的5～7倍。

　　3.3PLC采用RS-485無(wú)協(xié)議通訊方法控制變頻器

　　這是使用得最為普遍的一種方法，PLC采用RS串行通訊指令編程。

　　優(yōu)點(diǎn)：硬件簡(jiǎn)單、造價(jià)最低，可控制32臺(tái)變頻器。

　　缺點(diǎn)：編程工作量較大。從本文的第二章可知：采用擴(kuò)展存儲(chǔ)器通訊控制的編程極其簡(jiǎn)單，從事過(guò)PLC編程的技術(shù)人員只要知道怎樣查表，僅僅數(shù)小時(shí)即可掌握，增加的硬件費(fèi)用也很低。這種方法編程的輕松程度，是采用RS-485無(wú)協(xié)議通訊控制變頻器的方法所無(wú)法相比的。

　　3.4PLC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(xié)議與PLC進(jìn)行通訊。

　　優(yōu)點(diǎn)：Modbus通訊方式的PLC編程比RS-485無(wú)協(xié)議方式要簡(jiǎn)單便捷。

　　缺點(diǎn)：PLC編程工作量仍然較大。

　　3.5PLC采用現(xiàn)場(chǎng)總線方式控制變頻器

　　三菱變頻器可內(nèi)置各種類(lèi)型的通訊選件，如用于CC-Link現(xiàn)場(chǎng)總線的FR-A5NC選件；用于ProfibusDP現(xiàn)場(chǎng)總線的FR-A5AP(A)選件；用于DeviceNet現(xiàn)場(chǎng)總線的FR-A5ND選件等等。三菱FX系列PLC有對(duì)應(yīng)的通訊接口模塊與之對(duì)接。

　　優(yōu)點(diǎn)：速度快、距離遠(yuǎn)、效率高、工作穩(wěn)定、編程簡(jiǎn)單、可連接變頻器數(shù)量多。

　　缺點(diǎn)：造價(jià)較高，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于采用擴(kuò)展存儲(chǔ)器通訊控制的造價(jià)。

　　綜上所述，PLC采用擴(kuò)展存儲(chǔ)器通訊控制變頻器的方法確有造價(jià)低廉、易學(xué)易用、性能可靠的優(yōu)勢(shì)；若配置人機(jī)界面，變頻器參數(shù)設(shè)定和監(jiān)控將變得更加便利。

　　1臺(tái)PLC和不多于8臺(tái)變頻器組成的交流變頻傳動(dòng)系統(tǒng)是常見(jiàn)的小型工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)，廣泛地應(yīng)用在小型造紙生產(chǎn)線、單面瓦楞紙板機(jī)械、塑料薄膜生產(chǎn)線、印染煮漂機(jī)械、活套式金屬拉絲機(jī)等各個(gè)工業(yè)領(lǐng)域。采用簡(jiǎn)便控制方法，可以使工程方案擁有通訊控制的諸多優(yōu)勢(shì)，又可省卻RS-485數(shù)據(jù)通訊中的諸多繁雜計(jì)算，使工程質(zhì)量和工作效率得到極大的提高。但是，這種簡(jiǎn)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(shù)量也受到了限制。

　　4、結(jié)束語(yǔ)

　　本文較為詳細(xì)地介紹了PLC采用擴(kuò)展存儲(chǔ)器通訊控制變頻器的簡(jiǎn)便方法，并綜合評(píng)述了三菱PLC控制變頻器的各種方法。深入了解這些方法，有助于提高交流變頻傳動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的科學(xué)性、先進(jìn)性和經(jīng)濟(jì)性。讀者可以根據(jù)系統(tǒng)的具體情況，選擇合適的方案。本文重點(diǎn)介紹的簡(jiǎn)便方法盡管有其缺陷，但仍不失為一種有推廣價(jià)值的好方法。