PLC與變頻器RS-485串行通訊控制

梁和清，呂 陽，王昊誠，王 瑞，邱正波

（揚州鍛壓機床股份有限公司，江蘇 揚州 225128）

隨著工業(yè)現場控制技術的不斷發(fā)展，通過變頻器實現電動機調速已成為電機調速的主要方式。目前許多變頻器都附帶了串行通訊功能，這樣由變頻器與上位控制器組成的串行通訊控制系統(tǒng)比傳統(tǒng)的端子接線控制方式有了更強的抗干擾能力，更高的傳輸速率，并且可以很方便地實現一臺上位控制器對多臺變頻器參數的控制。下面就以最為普及的人機界面HMI+PLC對變頻器進行穿透通訊控制的方式進行說明，本文使用了三菱FX3G系列PLC通過RS485串行通訊來控制FR-A740和FR-D740變頻器。

1 控制系統(tǒng)組成和應用原理

三菱FX3G系列PLC中有專用RS485BD通訊板，它直接與FX3G系列PLC連接，可應用于以下數據傳輸。

非協議數據傳輸。這種方式由于RS485BD內沒有緩沖內存，數據的接收和發(fā)送通過PLC的通訊指令RS485所確定的PLC數據寄存器實現。

專用協議數據傳輸和帶有RS485通訊單元的數據傳輸。可在1：N基礎上用此協議實現。

并行傳輸。1：1方式實現FX3G控制器內100個輔助繼電器10個數據寄存器的數據傳輸。

N：N網絡數據傳輸。與FX3G控制器可在N：N的基礎上進行。

非協議數據傳輸使用靈活，很容易與其他具有RS485通訊接口的電器設備組建網絡。本應用所使用的數據傳輸為非協議數據傳輸，并采用全雙工通訊方式。對于在系統(tǒng)中采用RS485BD時，可以實現的通訊長度最大為50m。在一種機械壓力專機上我們采用了一臺PLC，一臺人機界面和兩臺變頻器。其中一臺為FR-A740矢量型變頻器用于拖動主電動機；另一臺為FR-D740簡易型變頻器用于拖動小馬達。

其系統(tǒng)構成框圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)框圖

其中，人機介面與PLC之間采用RS422C接口，使用其內部專用的通訊協議進行數據傳輸。在這里，我們主要討論PLC與變頻器之間RS485通訊技術的應用。

本系統(tǒng)采用全雙工通訊方式，并把PLC作為主站，A740作為從站，另D740作為從站一。這種非協議數據傳輸的網絡中可以有32個從站。本應用的網絡連接圖如圖2所示。

其中，為了增加通訊的抗干擾能力，就在通訊站的SDA與SDB和RDA與RDB之間連接阻值為330Ω的終端電阻。

圖2 網絡連接圖

表1 變頻器FR-D740參數的設定

2 參數設置

為在網絡內各站之間應用RS485進行數據傳送和接收，包括傳送速度（波特率）和奇偶性的傳送方式，必須預先定義好各子站都支持的數據格式。數據格式的定義通常需要專門的寄存器和相應的參數來設定。

如表1、表2所示，為了使PLC和變頻器能夠進行正確的RS-485通訊，必須設置相互認可的參數，使得通訊的數據幀一致。對于0號從站變頻器FR-D740可以通過對參數Pr117～124的設定和1號從站變頻器FR-A740通過對參數Pr331～341的設定，來定義通訊數據的格式。FR-D740和FRA740變頻器的通訊參數可以通過面板設置，變頻器設置參數如表1和表2所示。

表2 變頻器FR-A740參數的設定

FX3G的通訊參數設置比較獨特，省去了對專用通訊寄存器的設置，直接通過三菱軟件GX-Works2，按照步驟[PLC參數]-[PLC系統(tǒng)參數設置（2）]-[CH1]-[進行通信設置]進行PLC通訊參數的設置，需要注意PLC中的各參數要與變頻器參數設置一致，否則將出現通訊故障。在GX-Works2中進行串口-參數設置的具體情況，如圖3所示。

圖3 PLC串口參數設置

3 變頻器數據設計

PLC對變頻器的通訊可分為5個階段：①PLC通訊請求發(fā)送到變頻器；②變頻器數據處理；③從變頻器返回數據給PLC；④PLC處理返回數據；⑤PLC再次返回應答。十六進制數據在PLC與變頻器之間使用ASCⅡ碼傳輸。在完成不同的指令功能時通訊格式不一樣，常用的指令有IVDR（運行頻率寫入）、H6F（輸出頻率）、HFA（運行）指令。

4 通訊編程

本通訊網絡系統(tǒng)中，在人機界面內可以控制主電機和吹風電動機的啟動、停止和速度設定；還可以監(jiān)視主電動機和吹風電動機的運行速度，變頻器的輸出電壓、電流。當變頻器出現故障時，還可以顯示相關的故障內容。對整個系統(tǒng)的操作和維護提供很大的便利，利用三菱軟件GT-Designer編寫人機界面如圖4所示。

圖4 人機界面

當驅動條件M8000處于OFF到ON時，IVDR指令將頻率寫入變頻器，但是電動機還不能夠運轉，需要向變頻器發(fā)送HFA指令，該指令可控制電機正、反轉和停止，IVCK指令可以讀出變頻器實時的狀態(tài)、頻率和電流。具體的指令寫法和編程思想在此不詳細說明。以下為利用三菱軟件GX-Works2編寫的部分程序，如圖5所示。

5 結束語

通過上述方式編寫的PLC與變頻器串行通訊控制程序，在機械壓力機控制系統(tǒng)中得到了應用。實踐證明，可以利用串行通訊控制技術得到電機的任意需要轉速，并實時監(jiān)視主電動機和吹風電動機的運行速度，變頻器的輸出電壓、電流，而且只需要一根雙絞線，就能控制多臺變頻器，簡化了現場接線，極大地提高了抗電磁干擾能力。

圖5 PLC程序變頻器和RS485通訊部分程序