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）

隨著工業現場控制技術的不斷發展，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比傳統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。

其系統構成框圖如圖1所示。

圖1 系統框圖

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、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