淺談PLC與內(nèi)燃機(jī)變頻器通訊的應(yīng)用

張智梟

摘要：在當(dāng)今社會(huì)，變頻器已經(jīng)被廣泛應(yīng)用到了社會(huì)的各個(gè)領(lǐng)域，且在越來(lái)越多的行業(yè)中都發(fā)揮出了其自身的顯著優(yōu)勢(shì)與價(jià)值。但是因?yàn)樽冾l器自身的通訊自動(dòng)化控制水平有限，所以在具體的應(yīng)用中，其功能發(fā)揮也受到了一定程度的限制。而隨著PLC的應(yīng)用與發(fā)展，內(nèi)燃機(jī)變頻器通訊方面的自動(dòng)化控制水平也開(kāi)始得到了顯著提升?；诖耍疚木蛯?duì)PLC和內(nèi)燃機(jī)變頻器通訊的應(yīng)用進(jìn)行分析，以此來(lái)為內(nèi)燃機(jī)變頻器自動(dòng)化程度的提升及其良好發(fā)展提供相應(yīng)參考。

關(guān)鍵詞：內(nèi)燃機(jī)變頻器;PLC;通訊

0? 引言

在當(dāng)今的汽車(chē)、輪船等的應(yīng)用中，內(nèi)燃機(jī)通訊效率將會(huì)對(duì)其工作效率起到直接的影響作用，同時(shí)也可以進(jìn)一步提升此類(lèi)機(jī)械設(shè)備中內(nèi)燃機(jī)運(yùn)行的流暢性。在以往的機(jī)械自動(dòng)化控制中，通常都采用內(nèi)燃機(jī)變頻器來(lái)進(jìn)行控制。但是因?yàn)閮?nèi)燃機(jī)變頻器在通訊方面并不具備足夠的自動(dòng)化程度，所以?xún)?nèi)燃機(jī)的生產(chǎn)效率也就受到了一定程度的不利影響。為實(shí)現(xiàn)內(nèi)燃機(jī)變頻器通訊效率的進(jìn)一步提升，滿足內(nèi)燃機(jī)在生產(chǎn)中的實(shí)際應(yīng)用需求，就需要對(duì)PLC加以合理應(yīng)用，通過(guò)PLC來(lái)進(jìn)行內(nèi)燃機(jī)集成系統(tǒng)的變頻控制，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)內(nèi)燃機(jī)變頻器通訊效率的提升。

1? PLC在內(nèi)燃機(jī)變頻器通訊中的應(yīng)用意義概述

通過(guò)大量的應(yīng)用實(shí)踐證明，在通過(guò)PLC集成系統(tǒng)進(jìn)行內(nèi)燃機(jī)變頻器自動(dòng)化控制之后，內(nèi)燃機(jī)變頻器中的全部起停故障都是通過(guò)PLC的開(kāi)關(guān)量進(jìn)行端對(duì)端控制。同時(shí)，在將PLC集成系統(tǒng)應(yīng)用到了內(nèi)燃機(jī)變頻器中之后，內(nèi)燃機(jī)變頻器的控制手段也實(shí)現(xiàn)了多樣化。隨著當(dāng)今RS-485形式的先進(jìn)通訊方式應(yīng)用，PLC在其中的優(yōu)勢(shì)更是得到了充分發(fā)揮。通過(guò)PLC集成系統(tǒng)的應(yīng)用，讓該通訊方式在以往通訊基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了抗干擾能力的進(jìn)一步提升，內(nèi)燃機(jī)變頻器也實(shí)現(xiàn)了傳輸速度和傳輸速率的顯著提升，且這種內(nèi)燃機(jī)變頻器的造價(jià)也比較低。所以在具體的內(nèi)燃機(jī)自動(dòng)化控制中，可通過(guò)增強(qiáng)PLC和內(nèi)燃機(jī)變頻器之間的串行通訊方式對(duì)整個(gè)機(jī)械系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控，并使其實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的變頻控制。

2? 基于PLC的內(nèi)燃機(jī)變頻器通訊工作原理概述

在基于PLC的內(nèi)燃機(jī)變頻器具體通訊過(guò)程中，其主要原理是將PLC集成系統(tǒng)作為主機(jī)，將內(nèi)燃機(jī)變頻器作為從機(jī)。在整個(gè)系統(tǒng)中，主機(jī)負(fù)責(zé)所有的電碼傳輸控制。具體工作中，PLC會(huì)向各個(gè)地方不停進(jìn)行電碼發(fā)送，而其他的內(nèi)燃機(jī)變頻器也將會(huì)不斷地對(duì)來(lái)自于PLC主機(jī)的電碼進(jìn)行響應(yīng)。通常情況下，一臺(tái)足夠先進(jìn)的PLC主機(jī)可以攜帶的從機(jī)數(shù)量都比較多，最多可達(dá)到31臺(tái)。在這樣的情況下，整個(gè)的PLC自動(dòng)化控制系統(tǒng)就形成了一個(gè)比較龐大的控制系統(tǒng)工程，所以在具體的通訊傳輸過(guò)程中，可通過(guò)傳輸速率以及傳輸格式的統(tǒng)一設(shè)置來(lái)實(shí)現(xiàn)信息接收水平的顯著提升[1]。

3? 基于PLC的內(nèi)燃機(jī)變頻通訊系統(tǒng)配置分析

3.1 內(nèi)燃機(jī)變頻器的合理選擇

在變頻通訊系統(tǒng)中，內(nèi)燃機(jī)變頻器是否得到合理選擇將會(huì)對(duì)其配置水平起到?jīng)Q定性作用，因此在具體的系統(tǒng)配置中，一定要充分注重內(nèi)燃機(jī)變頻器的合理選擇。首先，需要對(duì)內(nèi)燃機(jī)調(diào)速器提供出的串行通訊技術(shù)加以注重，如果其串行通訊在多種現(xiàn)場(chǎng)總線方式下都可以獲得支持，此內(nèi)燃機(jī)變頻器就不需要在后期的運(yùn)行中增加任何的附加費(fèi)用，這種通訊方式也可以實(shí)現(xiàn)價(jià)格的最大化降低。通過(guò)這樣的通訊方式，可進(jìn)行狀態(tài)格式化以及自動(dòng)化控制，同時(shí)也可以對(duì)通訊結(jié)構(gòu)等多種數(shù)據(jù)進(jìn)行高效傳輸。

3.2 PLC的合理選擇

在內(nèi)燃機(jī)變頻通訊系統(tǒng)的配制過(guò)程中，合理選擇PLC才是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)整體自動(dòng)化程度提升的關(guān)鍵。就當(dāng)前的市場(chǎng)來(lái)看，西門(mén)子公司所生產(chǎn)的PLC系統(tǒng)普遍具有較高的水平，其自由多樣的通訊口可以和其他設(shè)備之間實(shí)現(xiàn)通訊協(xié)議的自定義，進(jìn)而為其與其他內(nèi)燃機(jī)變頻器之間的通訊對(duì)接提供足夠便利。在具體的工作中，PLC系統(tǒng)可以借助于自由通訊口和內(nèi)燃機(jī)變頻器通訊口之間進(jìn)行連接，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)內(nèi)燃機(jī)變頻器運(yùn)行速度的控制，并對(duì)內(nèi)燃機(jī)變頻器運(yùn)行中的各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行讀取，然后通過(guò)將其與外部其他端口之間的對(duì)比來(lái)進(jìn)行參數(shù)調(diào)整[2]。通過(guò)這樣的方式，就可以顯著提升整體內(nèi)燃機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性，在實(shí)現(xiàn)PLC端口數(shù)量減少的同時(shí)實(shí)現(xiàn)內(nèi)燃機(jī)變頻器信息獲取量的增加。

4? PLC和內(nèi)燃機(jī)變頻器通訊應(yīng)用分析

4.1 MODBUS通訊分析

MODBUS通訊通常是通過(guò)PLC主站以及從站所組成的一種通訊形式，其中，主站僅限一臺(tái)，從站最多為31臺(tái)。具體應(yīng)用中，信號(hào)會(huì)從主站發(fā)出，從站在接收到相應(yīng)的信號(hào)之后會(huì)做出相應(yīng)反饋，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)主站和從站之間特定時(shí)刻的單點(diǎn)通訊。為達(dá)到這一目標(biāo)，必須要在主站進(jìn)行與每一個(gè)從站相對(duì)應(yīng)的通訊地址設(shè)置，并通過(guò)這個(gè)地址與從站之間進(jìn)行通訊，在從站接收到了相應(yīng)的信號(hào)之后，會(huì)將響應(yīng)回饋給主站。

4.1.1 通訊時(shí)序

主機(jī)程序主要是對(duì)主機(jī)和從機(jī)這兩者之間所進(jìn)行的信號(hào)通訊進(jìn)行控制，它有著固定的控制方法，即主機(jī)負(fù)責(zé)進(jìn)行信息傳送，從機(jī)負(fù)責(zé)進(jìn)行信息響應(yīng)。在此過(guò)程中，主機(jī)會(huì)按照事先預(yù)定好的時(shí)序?qū)⒅噶钚畔?shù)據(jù)發(fā)送給從站，在從站接收到來(lái)自于主站的信息之后，會(huì)立即對(duì)其進(jìn)行解讀，并對(duì)主站所下達(dá)的指令予以執(zhí)行[3]。在指令執(zhí)行完畢之后，從站會(huì)將應(yīng)答信息反饋給主站。

4.1.2 通訊格式

就目前的PLC內(nèi)燃機(jī)變頻器而言，通用形式的安川高性能適量控制內(nèi)燃機(jī)變頻器C7是最為常用的一種自動(dòng)化控制形式的內(nèi)燃機(jī)變頻器。這種內(nèi)燃機(jī)變頻器首次應(yīng)用了三電平形式的控制方法，這種控制方法在當(dāng)今世界上屬于一項(xiàng)領(lǐng)先技術(shù)，該技術(shù)可以將400V級(jí)電機(jī)在沖擊電壓作用下所出現(xiàn)的絕緣體損傷或者是在軸電壓作用下出現(xiàn)的主軸電腐蝕等問(wèn)題加以有效解決，讓電流矢量實(shí)現(xiàn)多功能、高性能的控制，該內(nèi)燃機(jī)變頻器可以讓各種內(nèi)燃機(jī)保持在一個(gè)高精度、高效率的運(yùn)行狀態(tài)。

此類(lèi)內(nèi)燃機(jī)變頻器在三項(xiàng)異步交流電機(jī)中十分適用，借助于此類(lèi)內(nèi)燃機(jī)變頻器，可以對(duì)內(nèi)燃機(jī)電機(jī)速度進(jìn)行有效的控制和調(diào)節(jié)，且該內(nèi)燃機(jī)變頻器的性能和安全性都非常高，目前已經(jīng)在全球工業(yè)領(lǐng)域中得到了全面認(rèn)可。在此類(lèi)內(nèi)燃機(jī)變頻器中，內(nèi)燃機(jī)變頻器MODBUS的通訊格式如表1。

4.1.3 格式信息化

在MODBUS具體的通訊過(guò)程中，相應(yīng)的指令會(huì)從主控器中發(fā)出，然后到達(dá)驅(qū)動(dòng)裝置，在驅(qū)動(dòng)裝置接收到這個(gè)指令后，會(huì)立即作出響應(yīng)。在此過(guò)程中，每一條指令信息都可以按照四個(gè)部分進(jìn)行劃分，其一是功能碼;其二是驅(qū)動(dòng)器地址;其三是信息數(shù)據(jù);其四是錯(cuò)誤校驗(yàn)。

功能碼中集合了所有的預(yù)置指令編碼，實(shí)際通訊功能會(huì)對(duì)其起到?jīng)Q定性作用，而在安川內(nèi)燃機(jī)變頻器中，通訊功能主要有三個(gè)，第一是對(duì)儲(chǔ)存器中的內(nèi)容進(jìn)行讀取;第二是對(duì)回路進(jìn)行測(cè)試;第三是將相應(yīng)的數(shù)據(jù)寫(xiě)入到多個(gè)儲(chǔ)存器中。

驅(qū)動(dòng)器地址也就是內(nèi)燃機(jī)變頻器地址，0-32是其區(qū)間，如果將0作為預(yù)設(shè)值，則默認(rèn)所有的內(nèi)燃機(jī)變頻器都對(duì)來(lái)自于主控端的指令信號(hào)進(jìn)行自動(dòng)接收和自動(dòng)執(zhí)行，且不對(duì)相應(yīng)信號(hào)進(jìn)行反饋[4]。

信息數(shù)據(jù)是一組由數(shù)據(jù)和儲(chǔ)存器地址所組成的數(shù)據(jù)流，它與有著不同差異性的內(nèi)容指令相對(duì)應(yīng)，且自身長(zhǎng)度也會(huì)隨著指令而產(chǎn)生相應(yīng)的差異性。

錯(cuò)誤校驗(yàn)數(shù)據(jù)位于傳輸信息組的末尾，其主要作用是對(duì)內(nèi)燃機(jī)數(shù)據(jù)通訊傳輸過(guò)程中是否存在錯(cuò)誤進(jìn)行確認(rèn)，循環(huán)冗余是其主要的校驗(yàn)方式。

4.2 三菱PLC和通訊模塊分析

在三菱公司所生產(chǎn)的QJ71C24模塊中，與外部設(shè)備之間進(jìn)行連接、并將相應(yīng)指令傳送給外部設(shè)備的通訊方式有三種，其一是MC通訊協(xié)議;其二是無(wú)序形式的數(shù)據(jù)通訊;其三是雙向協(xié)議形式的數(shù)據(jù)通訊。其中，無(wú)序形式的數(shù)據(jù)通訊有著比較高的兼容性，可以將預(yù)連接的外部設(shè)備信息接收規(guī)格作為依據(jù)，對(duì)信息容量或者是長(zhǎng)度進(jìn)行合理更改，同時(shí)也可以采用與外部連接設(shè)備具體通訊規(guī)格相符合的所有信息格式來(lái)傳輸相應(yīng)的信息數(shù)據(jù)。

在對(duì)長(zhǎng)度可變形式的信息數(shù)據(jù)進(jìn)行接收時(shí)，主要的負(fù)責(zé)部分是接收完成碼;而在對(duì)長(zhǎng)度固定的信息數(shù)據(jù)進(jìn)行接收時(shí)，主要的負(fù)責(zé)部分是接收數(shù)據(jù)計(jì)數(shù)。在對(duì)該通訊模塊進(jìn)行實(shí)際應(yīng)用的過(guò)程中，操作者可以借助于PLC系統(tǒng)中的順序程序?qū)ι鲜鼋邮胀瓿纱a以及接收數(shù)據(jù)計(jì)數(shù)的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置或者是修改。但是在此之前需要對(duì)PLC系統(tǒng)的順序程序進(jìn)行編制，這樣才可以使其與外部連接設(shè)備的具體規(guī)格相符合，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)外部連接設(shè)備的自動(dòng)化通訊控制。

在通過(guò)接收完成碼進(jìn)行數(shù)據(jù)接收的過(guò)程中，應(yīng)該在外部設(shè)備信息發(fā)送終時(shí)將QJ71C24中設(shè)定的接收完成碼發(fā)送數(shù)據(jù)添加好，在QJ71C24接收到了相應(yīng)的接收完成碼之后，會(huì)將相應(yīng)的數(shù)據(jù)讀取請(qǐng)求反饋信息發(fā)送給PLC順序程序，在這個(gè)數(shù)據(jù)讀取請(qǐng)求獲得了允許之后，PLC順序程序內(nèi)的數(shù)據(jù)讀取程序?qū)㈤_(kāi)始對(duì)來(lái)自于外部連接設(shè)備中的數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)接收，一直到接收到了接收完成碼為止[5]。

在通過(guò)接收數(shù)據(jù)計(jì)數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)接收的過(guò)程中，QJ71C24會(huì)對(duì)來(lái)自于預(yù)設(shè)接收數(shù)據(jù)技術(shù)內(nèi)的數(shù)據(jù)進(jìn)行接收，然后將相應(yīng)的數(shù)據(jù)接收以及數(shù)據(jù)讀取請(qǐng)求發(fā)送給PLC順序程序，在PLC順序程序受到了相應(yīng)的請(qǐng)求之后，將會(huì)對(duì)數(shù)據(jù)接收計(jì)數(shù)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行讀取。圖1為三菱PLC的信號(hào)通訊時(shí)序圖。

5? 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，將當(dāng)今先進(jìn)的PLC技術(shù)和設(shè)備引入到內(nèi)燃機(jī)變頻器的控制中，可以讓內(nèi)燃機(jī)變頻器的通訊傳輸功能和速率實(shí)現(xiàn)全面提升，以此來(lái)滿足當(dāng)今時(shí)代中各行各業(yè)發(fā)展對(duì)于內(nèi)燃機(jī)變頻器的實(shí)際需求，促進(jìn)PLC技術(shù)以及內(nèi)燃機(jī)變頻器的良好應(yīng)用與發(fā)展。

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