PLC与变频器间的通信实现.pdf

第 5期 2 0 0 7年 1 O月 工矿 自 动化 I ndu s t r y a nd Mi n e Aut o ma t i on NO ． 5 0c t ．2 0 07 文章 编号 1 6 7 1 2 5 1 X 2 0 0 7 0 5 0 0 9 5 0 3 P L C与变频器闻的通信实现* 黄金 凤 ， 张 进 ， 李 占 贤 ， 孙淑 惠 1 ． 河 北理 工大 学 ， 河 北 唐 山0 6 3 0 0 9 ； 2 ． 天津 大学 ， 天津3 0 0 0 7 2 摘要 文 章讨论 了 P L C与 采 用 MODB US通信 协 议 的 变频 器的 通信 原 理及 其 实现 ， 介 绍 了变频 器 的速 度控制方式及其所采用的通信协议、 P L C无顺序通信协议等技术。并以三菱 Q 系列 P L C及 串行通信模 块 对安 川 G 7变频 器的控制 为例 ， 研 究如何 用 串行通 信协 议 实现 P L C与 变频器之 间 的通信 。 关键 词 变频 器；通信 协 议 ；MODBUS；P LC；R 4 8 5 中图分 类 号 T N 9 1 5 ． 0 4 文献标 识码 B Re a l i z a t i o n o f Co mmu n i c a t i o n b e t we e n PLC a n d Fr e q ue n c y c o nv e r t e r HUANG J i n f e n g ， Z HANG J i n ，LI Z h a n x i a n ， S UN S h u h u i 1 ． He b e i Un i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y，T a n g s h a n 0 6 3 0 0 9 ，C h i n a ．2 ． Ti a n j i n Un i v e r s i t y ，Ti a n j i n 3 0 0 0 7 2，C h i n a Ab s t r a c t I n t hi s pa p e r ， t he pr i nc i pl e a nd r e a l i z a t i o n me t h od of c o mm u ni c a t i on b e t we e n PLC a nd f r e q ue nc y - c o n ve r t e r w i t h M o db us c o mm un i c a t i o n p r o t oc o l we r e di s c u s s e d ． Th e s pe e d c o nt r ol me t ho d a nd t h e c o mm u ni c a t i o n p r ot oc ol o f f r e q ue n c y - c o nv e r t e r a n d PLC no n - s e qu e n c e c omm u ni c a t i o n pr ot oc o l we r e i n t r o d u c e d ．W i t h t h e e x a mp l e o f c o n t r o l t o YAS KAW A Va r i s p e e d G7 b y M I TS UB I SHI Q s e r i e s PL C a n d i t s c o m muni c at i o n m o d ul e，i t s t u di e d h ow t o i m pl e me nt t he c o m muni c a t i o n be t we e n PLC a nd f r e q ue nc y c o nv e r t e r by s e r i a l c o mm u ni c a t i on pr ot o c o1 ． Ke y wo r ds f r e qu e nc y - c on v e r t e r ，c o mm u ni c a t i o n pr o t oc ol ，M 0DBUS， PI C，RS4 85 0 引言 现代变频器通常具有 以下几种速度控制方式 1 通 过变 频 器 的操 作 面 板 控 制 ， 主 要 应 用 于 对 变 频 器进行 本地 操作 、 且 电动 机 转 速 不频 繁 变 化 的 场 合 。 2 通 过变 频 器 的控 制 端 子 控 制 ， 即通 过 对 变 频 器控制 端子 上逻 辑 输 入 口的逻 辑 组 合 ， 设 置 各 种 预置速度 ， 再通过逻辑输入 口的启动／ 停止端子和预 置 速度端 子 的通断 状 态 ， 实 现 电 动 机 的启 停 控 制 和 输出频率的改变， 主要应用于控制 电动机按预先设 定 的几个 固定频 率运 转 的场合 。 3 通 过 变频 器模 拟量输入改变给定频率。 4 采 用通信控制方式 ， 可以通过串行电缆的简单连接 ， 实 现变频器的远程 控制 和监视 。该 控制 方式 不 仅 节 省 了上位 机 A／ D、 D ／ A 模块 ， 忽 略了变频 器 上模 拟量 I ／ 0 和数 字 量 I ／ 收稿 日期 2 0 0 7 0 4 1 1 *基金项 目 中国博士后科学基金资助项 目 2 0 0 5 0 3 8 4 6 7 作者简介 黄金风 1 9 6 5 一 ， 女 ， 河北 昌黎人 ， 副教授 ， 现主要从 事机 电一体化和计算机应用技术方面的研究工作 。 0 的不 足 ， 实 现 了转速 给定 的高精 度和 高稳定 性 ， 而 且可使上位机从变频 器方面得到充足 的信息， 实现 机械系统的有效运行 。其中 RS 4 8 5尤其适用于1台 P L C和多 台变 频 器 组 成 的控 制 系统 。不 同 的 变 频 器与控制器间采用的通信协议又有所不同。不同设 备不同系统之间的信息交互 ， 关键问题在于通信协 议 的研究 。 笔者 以三 菱 Q 系列 P L C及 串行 通 信 模 块 7 1 C 2 4对安 川 G7变 频 器 控 制 为 例 ， 研 究 如何 采 用通用的串行通信协议 实现 P L C与变频器之间的 M0D B us通信 。 1 MODBUS通信 MOD B US通信 由 1台主站 P L C 与最多3 1台 从站构成 。主站和从站之间的串行通信通常是主站 发出信号 ， 从站响应信号 。在某一时刻 ， 主站和1台 从站进行通信 。因此， 必须预先设置每个从 站的地 址 ， 主站通过指定地址传送信号 。从站接到来 自主站 的指令执行指定功能， 并发送一个响应信号给主站。 维普资讯 9 6 工矿 自动化 2 0 0 7年 1 0月 1 通 信顺序 主机与从机之间的信号传输由主机侧的程序控 制， 通信方式总是主机先开始传输信息 ， 从机对此应 答 主机对从机按 照规 定顺 序 发送 一系 列数 据 指令 信息 ， 从机一旦接到主机发送的指令信息， 即对其解 读 ， 执行后 ， 从机对主机再按规定 应答 应答信息 。 2 通 信格式 表 1 列出了安川变频器 MOD B US通信格式。 表 1 安 川变 频 器 MODB US通 信 格 式 表 项 目 规格 接 口 同步方式 通信参数 通信协议 可连接 台数 RS 4 8 5 异步 起 止同步 速率 1 2 0 0 ／ 2 4 0 0 ／ 4 8 0 0 ／ 1 9 2 0 0 b p s 数据长度 8位 检验 偶／ 奇／ 无 停止位 l 位 ME MOB US R TU 模 式 最 多 3 1台 3 信息格 式化 ME M0 B US通 信是 主控 器 对 驱 动装 置传 送 指 令信息， 驱动装置采取接收指令响应形式 ， 每组信息 由 4个 部分 构成 驱 动 器地 址 、 功 能 码 、 数 据 和错 误 校验 。 ① 驱 动 器地 址 是变 频 器 的地 址 0 ～3 2 。若 设 定 为“ 0 ” ， 则所有 变频 器接 收并执行 从 主控制 器传 送 来 的指令 信号 ， 变 频器 不反馈 响应 信号 。 ② 功能码 是 指 定 指令 的编 码 ， 根 据 通 信 功 能 确定功能码。安川变频器有 3种通信功能 读 出存 储寄存器的内容、 回路测试 、 写入多个存储寄存器。 ③ 数据 存储寄存器地址和数据组合构成一组 数 据 ， 因指令 内容 的不 同 ， 数据 长度会 有变化 。 ④ 错误校验 信息组的末尾传输的是用于确认 通 信数据 有无 错 误 的校 验 数 据 ， 采 用 C R C一 1 6 同 步冗 长检 查 校 验 。该 数 据 是用 预 先 设 定 的 1 7位 二进制 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 去除得 出的1 6位商 。 信号 间 的间隔有 必要维 持 如图 1所示 的时 间 。 P L c一 变频器 变频器- -P L C P L c一 变频器 图 l 信号通 信时序示意 图 2三菱 P L C及 通信模 块 三菱公司生产的 QJ 7 1 C 2 4串行通信模块 以下 简称 C 2 4 提供 3种通信方式与外部设备通信 一种 是基于 ME L S E C通信协议 简称 MC协议 的数据 通信； 一种是使用双向协议的数据通信 ； 还有一种是 使用无顺序协议的数据通信。其中无顺序协议通信 的通信数据可以用符合外部设备规格的任一种信息 格式传送 ， 可 以根据外部设备的规格接收固定长度 或 可变 长度 信息 。 接收可变长度信息通过接收完成码接收 ， 接收 固定 长度 信息 通过 接收数 据计 数接 收 。用户 可 以通 过 P L C的顺 序程 序 将数 据 接 收 完 成码 和接 收 数 据 计数 更改 为任 意 设 定 值 。但需 要创 建 P L C的顺 序 程序来进行符合外部设备规定的通信控制。 使用接收完成码接收数据时， 在外部设备发送 信息结束时加上 C 2 4中设定的接收完成码发送数 据 ， C 2 4接 收到 预 设 定 的 接 收 完 成码 时 ， 向 P I C 的 顺序程序发出数据接收读请求 ， C 2 4的读请求允许 P I c的顺序程序读接收数据直到从外 部设备接 收 到接 收完成 码 。 使 用 接收数 据 计 数 读取 数 据 时 ， C 2 4接 收到 预 设 的接收 数据计 数数 据 ， 向 P I C的顺序 控 制程 序发 送数据接收读请求， P L C的顺序程序从 C 2 4接收到 读请求时 ， 读从外部设备接收到的接收数据计数为 止的数 据 。 3系统 应 用实例 及实现 本 文涉 及的 控制 对象为 汽车变 速器 自动换档 试 验 台 。在该 系统 中 ， 2台 电 机分 别 与 变 速 器 的 2个 输 出轴联 接 ， 模拟 汽车运 行时 的负 载 。试验 过程 中 ， 电机转速随换档操作杆档位的改变而变化。为了保 证速度精度 ， 该系统中采用 了编码器反馈电机转速 的方法 。 系统 结构 如 图 2所示 。 图 2系 统 结 构 图 下面以写入多个存储寄存器操作为例分析和说 明 P L C与变频 器 间的通 信实现 。 向被指定地址的几个存储寄存器写入各个所指 定 的数据 ， 写入 的数 据按保 持 寄存器 的顺 序 ， 分为上 位 8位 、 下 位 8位 排列 在指 令信 号 中。表 2 是从 P L C 按 频 率 指 令 6 0 ． 0 Hz 传 送 到 驱 动 装 置 1 变 频 维普资讯 第 5期 2 0 0 7年 1 0月 工矿 自 动化 I n dus t r y a n d M i ne Au t oma t i o n No ． 5 0c t ． 2 0 0 7 文章编 号 1 6 7 1 2 5 i X 2 0 0 7 0 5 0 0 9 7 0 3 基于 P L C的型煤工程控制系统 雷 伟 ， 黄 志丹 ， 秦孝 峰 ， 王振 清。 1 ． 兰州交 通 大学机 电学 院 ， 甘 肃 兰州 7 3 0 0 7 0 ； 2 ． 沈 阳东 亚 电气 自动化 有 限公 司 ， 辽 宁 沈 阳 1 1 0 0 0 0 摘要 针对型煤工程现有系统存在的问题 ， 基 于西门子 s 7 3 0 0开发 了一套型煤工程控制 系统 ， 并给 出 了该 系统的拓扑图、 设计原理 、 硬件及软件设计、 通信原理等。实践证明该 系统稳定 、 可靠。 关键 词 煤矿 ；型 煤 工程 ；组 态软 件 ；通 信原 理 ；P LC 中图分 类号 T D 6 7 2 文献 标识 码 B O 引言 煤矿生产出来的块煤和末煤掺杂在一起 ， 其中 收稿 日期 2 0 0 7 0 3 2 6 作者简介 雷伟 1 9 8 2 一 ， 男 ， 兰州 交通大学机 电学 院在 读硕 士研究生， 研究方 向为检测技术与 自动化装置。 器 ， 设 定 电机正转 运行 时 的指令 信号 数据表 ， 表 3和 表 4 分别 为变 频器 正常 和故 障响应 信号 数据 表 。 表 2 P I C指令信号数据表 驱动器地址 O 1 H 驱动器地址 O 1 H 功 能 码 1 0 H 功 能 码 1 0 H 开 始 最 初 茬 O HH 个 数 上 位 0 0 H 接 下 来 的 数 据 。2 HH 。 下 位 0 2 H 数据0 4 H c 一 s 表 3 变频器正常响应信号数据表 驱动器地址0 1 H 驱动器地址0 1 H 功能码 1 0 H 功能码 1 0 H 开 始 地 址 茬 O HH C R C -- 1 6 篆 。O HH 个 数 釜 O HH 表 4 变频器故 障响应信号 表 可见 ， 不 同的指 令 功 能 或 同 一指 令 的 正 常通 信 与存在故障时响应信号的长度是不同的， 同时 ， 也无 法在 变频 器响应 信 号末 尾 加 入 固定 的结 束 码 ， 故 不 块煤 密 度大 、 发热 量大 ， 而末煤 在这 方 面存 在一 定 的 缺点 ， 为其利用带来 了不便。为提高末煤的利用率 ， 可采 用 型煤技 术对 筛选 出来 的末煤 添加一 定 的化学 剂 和干 粉 ， 将末 煤 做 成 一 定形 状 的型 煤 。型 煤具 有 强度高、 熔点高、 热稳定性好的特点 。原有的小型煤 场 由于 产量低 ， 采 用 控 制 台控 制 、 继 电器 连锁 ， 使 用 能直接采用上述 的 P I C通信方法直接通信。 通 过 以上分 析 可 知 ， 最 短 的变 频 器 响应 信 号 为 5 B 故障时 ， 对于指定的通信功能， 可以预知其正 常 的响应 信息 长度 。为此 ， 笔 者将 C 2 4设 定 为 固定 长度无顺序通信方式 。在 P L C发出指令信息前 ， 设 定数 据长 度为 5 B， 当 C 2 4缓 冲区 接 收 到 5 B 的数 据后 ， 即 向 P I C发 出读 请 求 ， P L C顺 序 控 制程 序 读 取该数据内容 ， 并对其第二个字节和 C R C码进行校 验， 如果判 断为正常通信 ， 再将余下 的数据从 C 2 4 缓 冲区读入， 并进行相应的处理。P L C通信程序流 程 如 图 3所 示 。 图 3 P I C通信程序流程 图 4 结论 本文 讨 论 了 P L C与 采 用 MO D B US通 信 协 议 的变频器之问的通信实现方法 ， 该方法已通过调试 ， 实际运行表明设备通信控制良好 、 可靠 。 维普资讯