三菱PLC與科姆龍變頻器的通訊范例

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 無感矢量變頻器的應(yīng)用越來越廣，用戶經(jīng)常會用到變頻器RS485通訊功能，例如變頻器與PLC 或其他上位機進行的通訊。作者憑多年的工作實踐與經(jīng)驗，對變頻器RS485通訊有獨特的理解和體會，今天有機會把它整理出來，希望對從事自動化領(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 無感矢量變頻器RS485 通訊端口參數(shù)，在通過電腦及其他上位機進行通訊控制時，F(xiàn)093用來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)定說明見表1;

B為通訊速率，設(shè)定說明見表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，可轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)的9 pinDsub(公)電腦接頭。轉(zhuǎn)換后的定義見表3。RS485轉(zhuǎn)換接口外觀見圖1。

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

1.3 KV2000通訊格式

1.3.1 對變頻器的命令

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(0x0D)。電腦的通訊端口必須定義為7Bit data，Even Parity

1)運行控制命令(變頻器無回復(fù)資料) 命令格式

【C，uu，cc，fffff】

其中：C為運行控制命令的起始字元。

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

cc為十進制運行控制命令代碼(00～15)。由四個二進制信號組成，設(shè)定見表4。

fffff為速度設(shè)定值。

2)參數(shù)書寫命令(變頻器無回復(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 臺接收本字串。uu

(ID)可指定為第00～99臺。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，參數(shù)號碼為兩位數(shù)

“nn”，參數(shù)號碼由00～99。通訊格式P=1時，參數(shù)號

碼為三位數(shù)“nnn”，參數(shù)號碼由000～099。

ddddd為欲寫入的參數(shù)值，由00000～65 535。

3)參數(shù)讀取命令(變頻器將會回復(fù)參數(shù)值及運

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 臺接收本字串。uu(ID)可指定為第00～99臺。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，參數(shù)號碼為兩位數(shù)“nn”，參數(shù)號碼由00～99。通訊格式P=1時，參數(shù)號碼為三位數(shù)“nnn”，參數(shù)號碼由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，立即開始回復(fù)該參數(shù)及當(dāng)時的運行資料，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。

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

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

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)簡介早期，用導(dǎo)線將各種繼電器、接觸器及其觸點按一定的邏輯關(guān)系連接成控制系統(tǒng)，從而實現(xiàn)對各種生產(chǎn)機械的控制，這就是我們所熟悉的傳統(tǒng)的繼電器接觸器控制。由于它簡單易懂，使用方便，價格低廉，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)過程有所變動，就得重新設(shè)計線路并連接安裝，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)、計算機技術(shù)、自動控制技術(shù)和通訊技術(shù)而形成的一代新型工業(yè)控制裝置，目的是用來取代繼電器控制系統(tǒng)，執(zhí)行邏輯、記時、計數(shù)等順序控制功能，建立柔性的程序系統(tǒng)。IEC 頒布了對PLC 的定義：可編程控制器是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計。它采用可編程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令，并通過數(shù)字的、模擬的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程?？删幊炭刂破骷捌溆嘘P(guān)設(shè)備，都應(yīng)按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體(如圖2 所示)，易于擴充其功能的原則設(shè)計。PLC 具有通用性強、使用方便、適用面廣、可靠性高、抗干擾能力強、編程簡單等特點。

3 運用可編程控制器PLC 對變頻器的常規(guī)控制

3.1 PLC接受的變頻器輸出參數(shù)

如圖3所示，變頻器的運行信號，報警輸出，頻率到達，轉(zhuǎn)速輸出，AM 模擬量輸出等參數(shù)輸入到PLC 的輸入點和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 輸出點控制變頻器的運行和停止;

2)PLC 輸出點控制變頻器多段速度運行;

3)PLC 輸出點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行頻率。

3.3 常規(guī)應(yīng)用方式的缺點

1)不能進行內(nèi)部數(shù)據(jù)的傳遞;

2)占用了PLC 較多的輸入/ 輸出點，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)變頻器必須進行繁瑣的控制線路的配線(如圖3 所示)，使得變頻器的運行穩(wěn)定性降低，變頻器維護和故障排除變得困難。如果幾臺變頻控制電機要進行同步運行，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明

下面介紹如何利用三菱PLC 的RS 指令對KV2000變頻器進行通訊控制，具體的RS指令說明請參照三菱公司《FX通訊手冊》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的通訊設(shè)置(數(shù)據(jù)長度、奇偶校驗位和波特率等)，根據(jù)變頻器的通訊設(shè)定來設(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 上擴展一個RS485通訊模塊，型號為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圖5。

5 PLC讀取變頻器參數(shù)程序范例

在設(shè)計軟件方面，首先對變頻器通訊環(huán)境進行參數(shù)設(shè)置，包括地址、波特率、奇偶校驗等。然后，根據(jù)變頻器的通訊協(xié)議(詳見本文第1 節(jié))，運用三菱可編程控制器的串行數(shù)據(jù)通訊RS指令，設(shè)計出PLC對變頻器實行控制的梯形圖程序，如果系統(tǒng)配有觸摸屏(人機界面)，可將觸摸屏的軟件設(shè)計也納入對變頻器的監(jiān)控中，限于篇幅的原因，人機界面的內(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)號碼為兩位數(shù)“nn”;通訊速率是19200bit/s，1stopbits，通訊地址是第1臺變頻器。

5.1.1 通訊程序1主要功能解說

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，7位數(shù)據(jù)長度，1位停止位。

2)8 位/16位變換標(biāo)志(M8161) 當(dāng)M8161 OFF時，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，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，此請求自動復(fù)位，不要用程序復(fù)位此請求。接收完成標(biāo)志M8123不能在一個連續(xù)的程序中復(fù)位。

5.1.2 通訊程序2主要功能解說

通訊程序2如圖7所示。

RS 指令用RS232 端口選用設(shè)備來發(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)和點數(shù)(D1)，還規(guī)定了接收數(shù)據(jù)的存儲首地址(D65)和最大可接受的點數(shù)(D0)。

根據(jù)參數(shù)讀取命令【R，uu，nn】，由十六進制與代碼對照表中得知，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)定頻率和運行方向的程序

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

5.3 PLC與變頻器RS485通訊的特點

1)僅通過一條通訊電纜連接，無須其他外部接線，見圖10;

2)幾乎完成傳統(tǒng)應(yīng)用的所有功能;

3)能進行內(nèi)部的數(shù)據(jù)通訊，非常方便地從變頻器中獲取所驅(qū)動的電動機各種電參數(shù)如：運行頻率、電流、電壓、功率等，配以人機界面，則直接顯示上述

電參數(shù);

4)通過人機界面或上位機等可對變頻器的參數(shù)進行設(shè)置或修改;

5)普通變頻器最多32臺掛在RS485總線上，而科姆龍變頻器則可以實現(xiàn)最多99 臺掛在RS485 總線上。實現(xiàn)PLC 對變頻器的集散式遠程控制(其對多臺變頻器同步運行控制效果尤為理想)

6 結(jié)語

應(yīng)用RS485串行數(shù)據(jù)通訊總線對變頻器實行控制，既能極大地節(jié)約成本又能有效地滿足控制需求，是一項值得推廣的變頻器控制技術(shù)。