1、引言

　　在工業自動化控制系統中，最為常見的是PLC和變頻器的組合應用，并且產生了多種多樣的PLC控制變頻器的方法，其中采用RS-485通訊方式實施控制的方案得到廣泛的應用：因為它抗干擾能力強、傳輸速率高、傳輸距離遠且造價低廉。但是，RS-485的通訊必須解決數據編碼、求取校驗和、成幀、發送數據、接收數據的奇偶校驗、超時處理和出錯重發等一系列技術問題，一條簡單的變頻器操作指令，有時要編寫數十條PLC梯形圖指令才能實現，編程工作量大而且繁瑣，令設計者望而生畏。

　　本文介紹一種非常簡便的三菱FX系列PLC通訊方式控制變頻器的方法：它只需在PLC主機上安裝一塊RS-485通訊板或掛接一塊RS-485通訊模塊；在PLC的面板下嵌入一塊造價僅僅數百元的“功能擴展存儲盒”，編寫4條極其簡單的PLC梯形圖指令，即可實現8臺變頻器參數的讀取、寫入、各種運行的監視和控制，通訊距離可達50m或500m。這種方法非常簡捷便利，極易掌握。本文以三菱產品為范例，將這種“采用擴展存儲器通訊控制變頻器”的簡便方法作一簡單介紹。

　　2、三菱PLC采用擴展存儲器通訊控制變頻器的系統配置

　　2.1系統硬件組成

　　如圖1~圖3所示。

　　圖1三菱PLC采用擴展存儲器通訊控制變頻器的系統配置

　　圖2FX2N-485-BD通訊板外形圖

　　圖3三菱變頻器PU插口外形及插針號(從變頻器正面看)

　　FX2N系列PLC(產品版本V3.00以上)1臺(軟件采用FX-PCS/WIN-CV3.00版)；

　　FX2N-485-BD通訊模板1塊(最長通訊距離50m)；

　　或FX0N-485ADP通訊模塊1塊+FX2N-CNV-BD板1塊(最長通訊距離500m)；

　　FX2N-ROM-E1功能擴展存儲盒1塊(安裝在PLC本體內)；

　　帶RS485通訊口的三菱變頻器8臺(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，總數量不超過8臺；三菱所有系列變頻器的通訊參數編號、命令代碼和數據代碼相同。)；

　　RJ45電纜(5芯帶屏蔽)；

　　終端阻抗器(終端電阻)100Ω；

　　選件：人機界面(如F930GOT等小型觸摸屏)1臺。

　　2.2硬件安裝方法

　　(1)用網線專用壓接鉗將電纜的一頭和RJ45水晶頭進行壓接；另一頭則按圖1～圖3的方法連接FX2N-485-BD通訊模板，未使用的2個P5S端頭不接。

　　(2)揭開PLC主機左邊的面板蓋,將FX2N-485-BD通訊模板和FX2N-ROM-E1功能擴展存儲器安裝后蓋上面板。

　　(3)將RJ45電纜分別連接變頻器的PU口，網絡末端變頻器的接受信號端RDA、RDB之間連接一只100Ω終端電阻，以消除由于信號傳送速度、傳遞距離等原因，有可能受到反射的影響而造成的通訊障礙。

　　2.3變頻器通訊參數設置

　　為了正確地建立通訊，必須在變頻器設置與通訊有關的參數如“站號”、“通訊速率”、“停止位長/字長”、“奇偶校驗”等等。變頻器內的Pr.117~Pr.124參數用于設置通訊參數。參數設定采用操作面板或變頻器設置軟件FR-SW1-SETUP-WE在PU口進行。

　　2.4變頻器設定項目和指令代碼舉例

　　如表1所示。參數設定完成后,通過PLC程序設定指令代碼、數據和開始通訊,允許各種類型的操作和監視。

　　2.5變頻器數據代碼表舉例

　　如表2所示。

　　2.6PLC編程方法及示例

　　(1)通訊方式

　　PLC與變頻器之間采用主從方式進行通訊，PLC為主機，變頻器為從機。1個網絡中只有一臺主機，主機通過站號區分不同的從機。它們采用半雙工雙向通訊，從機只有在收到主機的讀寫命令后才發送數據。

　　(2)變頻器控制的PLC指令規格

　　如表3所示。

　　(3)變頻器運行監視的PLC語句表程序示例及注釋

　　LDM8000運行監視；

　　EXTRK10K0H6FD0EXTRK10：運行監視指令；K0：站號0；H6F：頻率代碼(見表1)；D0：PLC讀取地址(數據寄存器)。

　　指令解釋：PLC一直監視站號為0的變頻器的轉速(頻率)。

　　(4)變頻器運行控制的PLC語句表程序示例及注釋

　　LDX0運行指令由X0輸入；

　　SETM0置位M0輔助繼電器；

　　LDM0

　　EXTRK11K0HFAH02EXTRK11：運行控制指令；K0：站號0；HFA：運行指令(見表1)；H02：正轉指令(見表1)。

　　ANDM8029指令執行結束；

　　RSTM0復位M0輔助繼電器。

　　指令解釋：PLC向站號為0的變頻器發出正轉指令。

　　(5)變頻器參數讀取的PLC語句表程序示例及注釋

　　LDX3參數讀取指令由X3輸入；

　　SETM2置位M2輔助繼電器；

　　LDM2

　　EXTRK12K3K2D2EXTRK10：變頻器參數讀取指令；K3：站號3；K2：參數2-下限頻率(見表2)；D2：PLC讀取地址(數據寄存器)。

　　ORRSTM2復位M2輔助繼電器。

　　指令解釋：PLC一直讀取站號3的變頻器的2號參數-下限頻率。

　　(6)變頻器參數寫入的PLC語句表程序示例及注釋

　　LDX1參數變更指令由X3輸入；

　　SETM1置位M1輔助繼電器；

　　LDM1

　　EXTRK13K3K7K10EXTRK13：變頻器參數寫入指令；K3：站號3；K7：參數7-加速時間(見表2)；K10：寫入的數值。

　　EXTRK13K3K8K10EXTRK13：變頻器參數寫入指令；K3：站號3；K8：參數8-減速時間(見表2)；K10：寫入的數值。

　　ANDM8029指令執行結束；

　　RSTM1復位M1輔助繼電器。

　　指令解釋：PLC將站號3的變頻器的7號參數-加速時間、8號參數-減速時間變更為10。

　　3、三菱PLC控制變頻器的各種方法綜合評述與對比

　　3.1PLC的開關量信號控制變頻器

　　PLC(MR型或MT型)的輸出點、COM點直接與變頻器的STF(正轉啟動)、RH(高速)、RM(中速)、RL(低速)、輸入端SG等端口分別相連。PLC可以通過程序控制變頻器的啟動、停止、復位；也可以控制變頻器高速、中速、低速端子的不同組合實現多段速度運行。但是，因為它是采用開關量來實施控制的，其調速曲線不是一條連續平滑的曲線，也無法實現精細的速度調節。這種開關量控制方法，其調速精度無法與采用擴展存儲器通訊控制的相比。

　　3.2PLC的模擬量信號控制變頻器

　　硬件：FX1N型、FX2N型PLC主機，配置1路簡易型的FX1N-1DA-BD擴展模擬量輸出板；或模擬量輸入輸出混合模塊FX0N-3A；或兩路輸出的FX2N-2DA；或四路輸出的FX2N-4DA模塊等。

　　優點：PLC程序編制簡單方便，調速曲線平滑連續、工作穩定。

　　缺點：在大規模生產線中，控制電纜較長，尤其是DA模塊采用電壓信號輸出時，線路有較大的電壓降，影響了系統的穩定性和可靠性。另外，從經濟角度考慮，如控制8臺變頻器，需要2塊FX2N-4DA模塊，其造價是采用擴展存儲器通訊控制的5～7倍。

　　3.3PLC采用RS-485無協議通訊方法控制變頻器

　　這是使用得最為普遍的一種方法，PLC采用RS串行通訊指令編程。

　　優點：硬件簡單、造價最低，可控制32臺變頻器。

　　缺點：編程工作量較大。從本文的第二章可知：采用擴展存儲器通訊控制的編程極其簡單，從事過PLC編程的技術人員只要知道怎樣查表，僅僅數小時即可掌握，增加的硬件費用也很低。這種方法編程的輕松程度，是采用RS-485無協議通訊控制變頻器的方法所無法相比的。

　　3.4PLC采用RS-485的Modbus-RTU通訊方法控制變頻器

　　三菱新型F700系列變頻器使用RS-485端子利用Modbus-RTU協議與PLC進行通訊。

　　優點：Modbus通訊方式的PLC編程比RS-485無協議方式要簡單便捷。

　　缺點：PLC編程工作量仍然較大。

　　3.5PLC采用現場總線方式控制變頻器

　　三菱變頻器可內置各種類型的通訊選件，如用于CC-Link現場總線的FR-A5NC選件；用于ProfibusDP現場總線的FR-A5AP(A)選件；用于DeviceNet現場總線的FR-A5ND選件等等。三菱FX系列PLC有對應的通訊接口模塊與之對接。

　　優點：速度快、距離遠、效率高、工作穩定、編程簡單、可連接變頻器數量多。

　　缺點：造價較高，遠遠高于采用擴展存儲器通訊控制的造價。

　　綜上所述，PLC采用擴展存儲器通訊控制變頻器的方法確有造價低廉、易學易用、性能可靠的優勢；若配置人機界面，變頻器參數設定和監控將變得更加便利。

　　1臺PLC和不多于8臺變頻器組成的交流變頻傳動系統是常見的小型工業自動化系統，廣泛地應用在小型造紙生產線、單面瓦楞紙板機械、塑料薄膜生產線、印染煮漂機械、活套式金屬拉絲機等各個工業領域。采用簡便控制方法，可以使工程方案擁有通訊控制的諸多優勢，又可省卻RS-485數據通訊中的諸多繁雜計算，使工程質量和工作效率得到極大的提高。但是，這種簡便方法也有其缺陷：它只能控制變頻器而不能控制其它器件；此外，控制變頻器的數量也受到了限制。

　　4、結束語

　　本文較為詳細地介紹了PLC采用擴展存儲器通訊控制變頻器的簡便方法，并綜合評述了三菱PLC控制變頻器的各種方法。深入了解這些方法，有助于提高交流變頻傳動控制系統設計的科學性、先進性和經濟性。讀者可以根據系統的具體情況，選擇合適的方案。本文重點介紹的簡便方法盡管有其缺陷，但仍不失為一種有推廣價值的好方法。