AB PLC三菱變頻器通訊的實(shí)現(xiàn)

摘 要:構(gòu)建了由人機(jī)界面HMI、PLC、變頻器組成的基于DeviceNet現(xiàn)場總線的控制系統(tǒng)，詳細(xì)分析了變頻器通訊前的參數(shù)設(shè)置及DeviceNet的通訊協(xié)議，并給出了梯形圖程序

關(guān)鍵詞:交流變頻器 PLCDeviceNet HMIFR-E740通訊協(xié)議

中圖分類號:TP368.1文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文章編號:1674-098X(2011)06(a)-0126-02

1 引言

變頻器由于其應(yīng)用簡便及性能可靠，且實(shí)現(xiàn)調(diào)速、節(jié)能的先進(jìn)電機(jī)控制器，為工業(yè)及其他領(lǐng)域的首選的電機(jī)控制器，現(xiàn)代變頻器采用微型計(jì)算機(jī)數(shù)字控制技術(shù)構(gòu)成，并提供了標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)通訊接口，內(nèi)置協(xié)議（例如PROFIBUS、CCLINK、DEVICENET等），為變頻器的遠(yuǎn)程監(jiān)控提供了必要的基礎(chǔ)。

DeviceNet現(xiàn)場總線是世界一流的自動化控制和信息解決方案供應(yīng)商——美國羅克韋爾自動化（Rockwell Autmation）公司推出的最優(yōu)秀的工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)——NetLinx的底層網(wǎng)絡(luò)。DeviceNet具有開放、低價(jià)、可靠、高效的優(yōu)點(diǎn)，特別適合于高實(shí)時(shí)性要求工業(yè)現(xiàn)場的底層控制。

DeviceNet現(xiàn)已成為國際標(biāo)準(zhǔn)IEC62026-3(2000-07)低壓開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備——控制器-設(shè)備接口，也已被列為歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN50325。DeviceNet進(jìn)入我國比較晚，2002年被批準(zhǔn)為中國國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T18858.3-2002，作為現(xiàn)場總線技術(shù)在我國推廣與應(yīng)用，已經(jīng)在汽車及造紙行業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用。本文以三菱公司的FR-E740為基礎(chǔ)，研究了AB PLC與FR-E740在DeviceNet網(wǎng)絡(luò)中通訊的實(shí)現(xiàn)，它在筆者主持的汽車沖壓生產(chǎn)車間廢料輸送線得到了實(shí)踐論證。

2 基于DeviceNet控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的構(gòu)建

FR-E740與DeviceNet的網(wǎng)絡(luò)的連接是通過FR-A7ND通訊卡來實(shí)現(xiàn)的。我們把系統(tǒng)分為三層結(jié)構(gòu):HMI監(jiān)控層、PLC控制層、執(zhí)行層（變頻器）。HMI作為監(jiān)控層使用RSView Studio組態(tài)軟件用于對系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控，PLC作為控制層，它作為上位機(jī)與變頻器之間數(shù)據(jù)傳送的橋梁，一方面對變頻器進(jìn)行控制，一方面對生產(chǎn)線上變頻器及其他數(shù)據(jù)信息（如報(bào)警，變頻器速度）傳送給HMI進(jìn)行監(jiān)控，其中HMI與PLC之間用以太網(wǎng)高速連接，變頻器作為執(zhí)行層接受PLC指令對電機(jī)進(jìn)行控制。

如圖1所示。

3 變頻器數(shù)據(jù)通訊的實(shí)現(xiàn)

(1)參數(shù)設(shè)置。在進(jìn)行設(shè)備通訊之前必須對變頻器相關(guān)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，首先在FR-A7ND卡上設(shè)置網(wǎng)絡(luò)地址，必須與PLC RSNetWorx網(wǎng)絡(luò)設(shè)置地址完全一致，這個(gè)設(shè)置主要通過FR-A7ND卡中SW2、SW1兩個(gè)旋鈕開關(guān)調(diào)節(jié)，另外其他參數(shù)設(shè)設(shè)置如表1它們可以通過FR-E740操作面板或在DeviceNet網(wǎng)絡(luò)上設(shè)置。(2)CAN DeviceNet通訊協(xié)議。DeviceNet協(xié)議最初有美國的Rockwell自動化公司開發(fā)應(yīng)用。目前有ODVA(Open DeviceNet Vendor Association)組織管理和推廣。它是一個(gè)開放式的協(xié)議，只要付出象征性的資金獲得ODVA的一個(gè)許可號碼，就可以得到協(xié)議的詳細(xì)內(nèi)容。DeviceNet采用NetLinx核心技術(shù)CIP協(xié)議作為CAN的應(yīng)用層，提供NetLinx數(shù)據(jù)通訊服務(wù)，專門面向工業(yè)自動化用戶設(shè)計(jì)，屬于CIP(Control and Information Protoco1)網(wǎng)絡(luò)的范疇，CIP網(wǎng)絡(luò)有下列特點(diǎn):?(1)報(bào)文的傳輸類型有I/O、互索、配置、程序上下載等;(2)它是一個(gè)面向連接的協(xié)議，必須要先建立，才能通信;(3)采用生產(chǎn)者/消費(fèi)者模型;(4)可以支持主從，多主，對等，或者三種模式的任意組合;(5)面向?qū)ο缶幊痰忍攸c(diǎn)。DeviceNet以CIP協(xié)議為基礎(chǔ)，沿用了CAN 協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的ISO參考模型中物理層和數(shù)據(jù)鏈路層的一部分，并補(bǔ)充了不同的報(bào)文的傳送格式，總線訪問仲裁規(guī)則及故障檢測和隔離的發(fā)法。DeviceNet增加了傳輸介質(zhì)的協(xié)議規(guī)范，每個(gè)網(wǎng)段最大只允許有64個(gè)節(jié)點(diǎn)，采用干線支線進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?5線制總線結(jié)構(gòu)(2信號線，2電源線，1屏蔽線)，總線支持125/250/500 kb/s三種波特率，最大傳輸距離為500m，DeviceNet使用5線制，可以對網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行總線供電。又由于它采用5線制，在實(shí)際的應(yīng)用中接錯(cuò)的可能性更大，所以要求節(jié)點(diǎn)能夠承受由于任意的5條線誤接而產(chǎn)生的電壓。所以在這個(gè)原因下，要求在實(shí)際的應(yīng)用中的收發(fā)器一定要符合DeviceNet規(guī)范的規(guī)約中，僅要求收發(fā)器能承受2條信號線的誤接線產(chǎn)生的電壓。DeviceNet要有節(jié)點(diǎn)的接地和隔離，即任一設(shè)備必須要有隔離柵，以及節(jié)點(diǎn)的誤接線保護(hù)電路。吞吐量是衡量網(wǎng)絡(luò)性能最為合適的指標(biāo)，DeviceNet優(yōu)異的吞吐性能應(yīng)該歸功于較小的網(wǎng)絡(luò)開支和較小的數(shù)據(jù)分組，DeviceNet數(shù)據(jù)分組大小被限制在8字節(jié)的短幀格式，特別適合應(yīng)用于底成本、簡單設(shè)備聯(lián)網(wǎng)要求，進(jìn)行快速、高效的數(shù)據(jù)傳送。較長的報(bào)文先進(jìn)行分幀，組成若干數(shù)據(jù)包再傳送，這種方式對于組態(tài)參數(shù)或者其他不經(jīng)常出現(xiàn)，但是長度可能較大的報(bào)文傳送特別重要。DeviceNet協(xié)議引入了對象（Object）的概念來描述每個(gè)設(shè)備的外部特征，并將這些對象按類（Class）劃分為標(biāo)識對象、報(bào)文路由對象、DeviceNet對象、組合對象、連接對象、應(yīng)用對象等。每個(gè)類中有若干個(gè)對象，這些對象被稱為實(shí)例（Instance），一個(gè)類中的對象都有一個(gè)相同的屬性（Attribute）集，屬性范圍0-255。服務(wù)（Service）是對象提供的一種特定功能，如讀（Get_ Attribute_Single)、寫（Set_ Attribute_Single)操作等，這種面向?qū)ο蟮姆绞剑O(shè)計(jì)DeviceNet總線產(chǎn)品時(shí)要將設(shè)備特征對象化，就是把設(shè)備所有參數(shù)對應(yīng)轉(zhuǎn)化為類、實(shí)例、屬性的概念，用組合對象（Class=0x04）將設(shè)備的多路I/O數(shù)據(jù)組成一個(gè)I/O數(shù)據(jù)報(bào)文，可以將實(shí)時(shí)的I/O數(shù)據(jù)的路徑（類-實(shí)例-屬性）寫入屬性構(gòu)成I/O數(shù)據(jù)包，通過I/O報(bào)文方式傳送到網(wǎng)絡(luò)上，面向?qū)ο蟮姆绞较喈?dāng)于將設(shè)備的所有信息組成一個(gè)數(shù)據(jù)庫通過類-實(shí)例-屬性的索引方式將不同廠商的產(chǎn)品變成對用戶開放的設(shè)備。本文FR-E740，符合ODVA協(xié)議，通過I/O輸入、輸出各4個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)長度，進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，控制字中前2個(gè)字節(jié)是一些控制位，如:啟動、停止、復(fù)位等命令，后2個(gè)字節(jié)是變頻器速度的設(shè)定參考值，同樣狀態(tài)字中前2個(gè)字節(jié)是狀態(tài)位，如:變頻器準(zhǔn)備好、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、故障、達(dá)速等信號，后2個(gè)字節(jié)是速度的反饋值。變頻器的控制字與狀態(tài)字具體定義如表2、表3所示。

4 PLC程序的編寫

在編寫變頻器通訊程序時(shí)，首先要讀取變頻器的狀態(tài)字，判斷變頻器是否準(zhǔn)備就緒，如果沒有就緒判斷是否有故障，若有故障，需判斷故障類型，給出故障的相關(guān)信息。然后根據(jù)操作指令組裝控制字，設(shè)定主頻率值，同時(shí)實(shí)時(shí)讀取從站的應(yīng)答報(bào)文，完成運(yùn)行狀態(tài)的在線顯示。首先，在PLC編程軟件 RSLogix5000中 Controller（控制器作用域）生成預(yù)定義標(biāo)簽。標(biāo)簽名稱遵循以下格式:Location:SlotNumber:Type.MemberName.SubMemberName.Bit位置(本地或遠(yuǎn)程):槽號:類型.成員名稱.子成員名稱.位。在此，我們需要了解變頻器FR-E740映射在掃描儀SDN輸入字和輸出字的含義。如表4所示:(1)接下來，需要創(chuàng)建一個(gè)新的標(biāo)簽。右鍵單擊Controller Tags（控制器標(biāo)簽），在彈出的菜單中選擇New Tag…（新建標(biāo)簽）。在對話框中輸入名稱CW，數(shù)據(jù)類型INT[2]，標(biāo)簽類型為Base（基本型），范圍為控制器，顯示類型為Decimal（十進(jìn)制）。同理，繼續(xù)創(chuàng)建標(biāo)簽SW。(2)創(chuàng)建控制器范圍內(nèi)的標(biāo)簽，如表5所示。

5 結(jié)語

本文討論了三菱變頻器FR-E740在DeviceNet網(wǎng)絡(luò)中通訊的實(shí)現(xiàn)方法，該方法已經(jīng)筆者的項(xiàng)目中通過了調(diào)試，目前正在運(yùn)行中，實(shí)際運(yùn)行表明設(shè)備通訊控制良好，穩(wěn)定、可靠。

參考文獻(xiàn)

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