变频器与PLC通讯的精简设计

黄一钫

1、三菱PLC采用扩展存储器通讯控制变频器的系统配置 fficeffice" />

1.1 系统硬件组成

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FX2N系列PLC(产品版本V 3.00以上)1台(软件采用FX-PCS/WIN-C V 3.00版)；

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FX2N-485-BD通讯模板1块(最长通讯距离ffice:smarttags" />50m)；

或FX0N-485ADP通讯模块1块+FX2N-CNV-BD板1块(最长通讯距离500m)；

FX2N-ROM-E1功能扩展存储盒1块(安装在PLC本体内)；

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带RS485通讯口的三菱变频器8台(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，总数量不超过8台；三菱所有系列变频器的通讯参数编号、命令代码和数据代码相同。)；

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RJ45电缆(5芯带屏蔽)；

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终端阻抗器(终端电阻)100Ω；

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选件：人机界面(如F930GOT等小型触摸屏)1台。

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1.2 硬件安装方法

(1) 用网线专用压接钳将电缆的一头和RJ45水晶头进行压接；另一头则按图1～图3的方法连接FX2N-485-BD通讯模板，未使用的2个P5S端头不接。

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(2) 揭开PLC主机左边的面板盖, 将FX2N-485-BD通讯模板和FX2N-ROM-E1功能扩展存储器安装后盖上面板。

(3) 将RJ45电缆分别连接变频器的PU口，网络末端变频器的接受信号端RDA、RDB之间连接一只100Ω终端电阻，以消除由于信号传送速度、传递距离等原因，有可能受到反射的影响而造成的通讯障碍。

1.3 变频器通讯参数设置

为了正确地建立通讯，必须在变频器设置与通讯有关的参数如“站号”、“通讯速率”、“停止位长/字长”、“奇偶校验”等等。变频器内的Pr.117~Pr.124参数用于设置通讯参数。参数设定采用操作面板或变频器设置软件FR-SW1-SETUP-WE在PU口进行。

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1.4 变频器设定项目和指令代码举例

1.5 变频器数据代码表举例

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1.6 PLC编程方法及示例

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(1) 通讯方式

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PLC与变频器之间采用主从方式进行通讯，PLC为主机，变频器为从机。1个网络中只有一台主机，主机通过站号区分不同的从机。它们采用半双工双向通讯，从机只有在收到主机的读写命令后才发送数据。

(2) 变频器控制的PLC指令规格

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(3) 变频器运行监视的PLC语句表程序示例及注释

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LD M8000 运行监视；

EXTR K10 K0 H6F D0 EXTR K10：运行监视指令；K0：站号0；H6F：频率代码(见表1)； D0：PLC读取地址(数据寄存器)。

指令解释：PLC一直监视站号为0的变频器的转速(频率)。

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(4) 变频器运行控制的PLC语句表程序示例及注释

LD X0 运行指令由X0输入；

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SET M0 置位M0辅助继电器；

LD M0 EXTR K11 K0 HFA H02 EXTR K11：运行控制指令； K0：站号0；HFA：运行指令 H02：正转指令。

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AND M8029 指令执行结束；

RST M0 复位M0辅助继电器。

指令解释：PLC向站号为0的变频器发出正转指令。

(5) 变频器参数读取的PLC语句表程序示例及注释

LD X3 参数读取指令由X3输入；

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SET M2 置位M2辅助继电器；

LD M2 EXTR K12 K3 K2 D2 EXTR K10：变频器参数读取指令； K3：站号3；K2：参数2-下限频率； D2：PLC读取地址(数据寄存器)。

3 M! ]0 V6 o$ t

OR RST M2 复位M2辅助继电器。

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指令解释：PLC一直读取站号3的变频器的2号参数-下限频率。

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(6) 变频器参数写入的PLC语句表程序示例及注释

LD X1 参数变更指令由X3输入；

SET M1 置位M1辅助继电器；

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LD M1 EXTR K13 K3 K7 K10 EXTR K13：变频器参数写入指令；K3：站号3；K7：参数7-加速时间；K10：写入的数值。

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EXTR K13 K3 K8 K10 EXTR K13：变频器参数写入指令；K3：站号3；K8：参数8-减速时间； K10：写入的数值。

AND M8029 指令执行结束；

RST M1 复位M1辅助继电器。

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指令解释：PLC将站号3的变频器的7号参数-加速时间、8号参数-减速时间变更为10。

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2、三菱PLC控制变频器的各种方法综合评述与对比

2.1 PLC的开关量信号控制变频器

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PLC(MR型或MT型)的输出点、COM点直接与变频器的STF(正转启动)、RH(高速)、RM(中速)、RL(低速)、输入端SG等端口分别相连。PLC可以通过程序控制变频器的启动、停止、复位； 也可以控制变频器高速、中速、低速端子的不同组合实现多段速度运行。但是，因为它是采用开关量来实施控制的，其调速曲线不是一条连续平滑的曲线，也无法实现精细的速度调节。这种开关量控制方法，其调速精度无法与采用扩展存储器通讯控制的相比。

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2.2 PLC的模拟量信号控制变频器

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硬件：FX1N型、FX2N型PLC主机，配置1路简易型的FX1N-1DA-BD扩展模拟量输出板； 或模拟量输入输出混合模块FX0N-3A； 或两路输出的FX2N-2DA； 或四路输出的FX2N-4DA模块等。

优点： PLC程序编制简单方便，调速曲线平滑连续、工作稳定。

缺点： 在大规模生产线中，控制电缆较长，尤其是DA模块采用电压信号输出时，线路有较大的电压降，影响了系统的稳定性和可靠性。另外，从经济角度考虑，如控制8台变频器，需要2块FX2N-4DA模块，其造价是采用扩展存储器通讯控制的5～7倍。

2.3 PLC采用RS-485无协议通讯方法控制变频器

这是使用得最为普遍的一种方法，PLC采用RS串行通讯指令编程。

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优点：硬件简单、造价最低，可控制32台变频器。

缺点：编程工作量较大。从本文的第二章可知：采用扩展存储器通讯控制的编程极其简单，从事过PLC编程的技术人员只要知道怎样查表，仅仅数小时即可掌握，增加的硬件费用也很低。这种方法编程的轻松程度，是采用RS-485无协议通讯控制变频器的方法所无法相比的。

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2.4 PLC采用RS-485的Modbus-RTU通讯方法控制变频器

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三菱新型F700系列变频器使用RS-485端子利用Modbus-RTU协议与PLC进行通讯。

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优点： Modbus通讯方式的PLC编程比RS-485无协议方式要简单便捷。

缺点： PLC编程工作量仍然较大。

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2.5 PLC采用现场总线方式控制变频器

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三菱变频器可内置各种类型的通讯选件，如用于CC-Link现场总线的FR-A5NC选件； 用于Profibus DP现场总线的FR-A5AP(A)选件； 用于DeviceNet现场总线的FR-A5ND选件等等。三菱FX系列PLC有对应的通讯接口模块与之对接。

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优点： 速度快、距离远、效率高、工作稳定、编程简单、可连接变频器数量多。

缺点： 造价较高，远远高于采用扩展存储器通讯控制的造价。

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综上所述，PLC采用扩展存储器通讯控制变频器的方法确有造价低廉、易学易用、性能可靠的优势； 若配置人机界面，变频器参数设定和监控将变得更加便利。

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1台PLC和不多于8台变频器组成的交流变频传动系统是常见的小型工业自动化系统，广泛地应用在小型造纸生产线、单面瓦楞纸板机械、塑料薄膜生产线、印染煮漂机械、活套式金属拉丝机等各个工业领域。采用简便控制方法，可以使工程方案拥有通讯控制的诸多优势，又可省却RS-485数据通讯中的诸多繁杂计算，使工程质量和工作效率得到极大的提高。但是，这种简便方法也有其缺陷：它只能控制变频器而不能控制其它器件；此外，控制变频器的数量也受到了限制。