基于MODBUS通讯协议的三菱PLC控制台达变频器的研究

2022-09-12

在工业自动化控制系统中, 最为常见的是PLC和变频器的组合应用, 并且产生了多种多样的PLC控制变频器的方法, 主要可以通过下面三种方式实现。第一, 在PLC与变频器的综合应用中, 比较传统的应用一般是使用PLC的硬接点输出控制变频器的运行及停止, 使用多段速度控制变频器的转速变化, 在这种应用方式中, PLC与变频器通过外部接线完成连接, 不能进行内部数据的传递。第二, 可以用PLC的模拟输入输出模块接到变频器的模拟输入口, 通过改变频率的变化来控制电机转速变化。第三, 可以使用RS-485通讯控制, 仅通过一条通讯电缆连接, 无须其他外部接线, 不但能完成传统应用的所有功能, 还能进行内部的数据通讯, 可方便地从变频器中获取所驱动的电动机各种电参数如:运行频率、电流、电压、功率等等, 配以人机界面的话, 可将上述电参数直接显示在人机界面上。

本文介绍通过MODIBUS通讯协议的三菱FX系列PLC控制台达变频器的一种方法, 它只需在PLC主机上安装一块RS-485通讯板或挂接一块RS-485通讯模块, 即可用一台PLC实现对8台变频器参数的读取、写入、各种运行的监视和控制, 通讯距离可达50m或500m。本文以三菱产品和台达PLC为范例, 将这种控制方法介绍一下。

1 三菱PLC采用通讯控制变频器的系统配置

1.1 系统硬件组成

FX2N系列PLC (产品版本V 3.00以上) 1台 (软件采用GX Developer版) ;FX2N-485-BD通讯模板1块 (最长通讯距离50m) ;或FX0N-485ADP通讯模块1块 (最长通讯距离500m) ;带RS485通讯口的台达变频器1台RJ45电缆 (5芯带屏蔽) ;选件:人机界面 (如eview等小型触摸屏) 1台。如图1所示。

1.2 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。参数采用操作面板设定。

1.3 基于台达变频器的MODBUS通讯协议

Modbus协议是应用于电子控制器上的一种通用语言。通过此协议, 控制器相互之间、控制器经由网络 (例如以太网) 和其它设备之间可以通信。它已经成为一通用工业标准。有了它, 不同厂商生产的控制设备可以连成工业网络, 进行集中监控。

Modbus协议有两种传输模式中 (ASCII或RTU) , 这里只介绍ASCII格式, RTU与ASCII格式类似。

基于台达变频器的MODBUS通讯协议使用ASCII模式, 消息以冒号 (:) 字符 (ASCII码3AH) 开始, 以CR、LF结束 (ASCII码0DH, 0AH) 。其它域可以使用的传输字符是十六进制的0...9, A...F。网络上的设备不断侦测“:”字符, 当有一个冒号接收到时, 每个设备都解码下个域 (地址域) 来判断是否发给自己的。消息中字符间发送的时间间隔最长不能超过1秒, 否则接收的设备将认为传输错误。如表1所示。

1.4 PLC编程方法及示例

1.4.1 通讯方式

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, 一台PLC可以带八台变频器。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。

1.4.2 变频器运行监视的PLC语句表程序示例及注释

(1) 上面语句分别是指在D80寄存器中设置频率到变频器, 同时把放大的结果转换成4个ASCII格式, 接下来把D1、D2、D3、D4、D5、D6、D7、D8、D9、D10、D11、D12的数据转化成16进制数放入D90、D91、D92、D93、D94、D95寄存器中。

(2) 按照MODBUS通讯协议的要求, 首先需把所有寄存器的数据相加的结果算出来, 所以上面语句, 是用循环指令的方式把D90+D91+D92+D93+D94+D95的结果放到D100当中。

(3) 上述指令是把D100里面的数据取反, 然后再加1放到寄存器D120当中, 最后把D120中的数据转换成ASCII格式, 这样D120当中的数据就是变频器的检查码。最后设置一下PLC和变频器的通讯模式, 本程序采用八位通讯模式。

(4) 然后按照表一台达变频器询问讯息字串格式把ASCII格式的数据分别发送到D0、D1、D2、D3、D4、D5、D6、D7、D8、D15、D16当中。

(5) 最后我们可以把变频器发还给PLC寄存器D59、D60、D61、D62中的ASCII格式数据转化成16进制数存到D150、D151、D152、D153寄存器当中, 检验开始输入变频器的频率数据是否正确。

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

PLC可以通过程序控制PLC的输出信号, 由输出信号控制变频器的启动、停止、复位, 同时控制变频器高速、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。这种控制方法较为普遍, 但是只能用于调速精度要求不高, 无需反馈的控制回路当中。

2.2 PLC的模拟量信号控制变频器

这类控制模式主要是通过PLC配置模拟量模块, 由PLC的数字量通过模拟量模块转换成模拟量信号如电压信号控制变频器, 从而控制电机的速度。这种控制方式的优点突出主要在于PLC程序编制简单方便, 调速曲线平滑连续、工作稳定。缺点在于大规模生产线中, 控制电缆较长, 尤其是模拟量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, 如控制变频器数量越多, 需要的模拟量模块也就越多, 其总体硬件配置价格就会增加不少。

2.3 PLC采用RS-485通讯方法控制变频器

本文所讲的采用通讯方法来控制变频器, 只需PLC再配置一块485通讯模块, 价格很低, 而且一台PLC可控制八台变频器。缺点在于编程工作量较大, 但是掌握了该控制模式的控制方法, 编程也是有迹可循。

3 结语

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。

一台PLC和不多于八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、拉丝机、塑料机械、饮料机械、物流流水线、汽车组装线等各个工业领域。采用该控制方法, 可以使工程方案拥有通讯控制的诸多优势, 使工程质量和工作效率得到极大的提高。同时可以使工程造价达到最低。

采用通讯方法由PLC控制变频器的方法将会得到越来越广泛的应用。

摘要:本文介绍了三菱FX系列PLC通过485通讯, 使用MODBUS通讯协议控制台达变频器内部参数。

关键词:自动化,通讯,可编程序控制器,变频器,MODBUS协议

参考文献

[1] 三菱电机自动化 (上海) 有限公司.三菱微型可编程控制器FX1S、FX1N、FX2N、FX2NC编程手册.2007.

[2] 台达电子工业股份有限公司.台达VFD-M使用手册.2008.

[3] 美国MODICON公司.Modicon Modbus通讯协议参考指南.2006.