变频器与PLC的通讯控制原理及应用探讨

变频器与PLC的通讯控制原理及应用探讨

胡怀臣

宝钢湛江钢铁有限公司524076

摘要：文章在简述PLC与变频器通讯控制原理的基础上对如何做好PLC对变频器之间的通讯来实现对交流电机控制进行了探讨。

关键词：变频器；PLC；通讯控制；交流电机；应用

引言

在以往的变频器控制中PLC的控制方式主要采用的是PLC控制继电器的启停来控制变频器的启停，而无法实现对于交流电机的精确控制。为更好地使用PLC来对变频器进行控制可以通过使用PLC与变频器的通讯来实现对于变频器的精确控制。

一、分析变频器的控制原理

从物理学角度来看，交流电动机的同步转速用公式的方式可以表述为：

n＝60f（1-s）/p

公式中的n代表的是异步电动机的转速；f代表的是异步电动机的频率；s表示为电动机转差率；p代表电动机极对数。在这个公式当中，代表转速的n与代表频率的f之间为正比例关系，其内涵为一旦频率f有变化，相对的电动机的转速也会改变，这个时候，当频率f的变化在0Hz以上50Hz以下时，电动机的转速n的可调节范围很大。根据这一公式可以得知变频器的工作原理，即通过改变电动机电源的频率来调节速度，这种调节速度的手段具有高效率和高性能两种优势。

二、PLC与变频器的控制方法

2.1变频器端子控制

端子控制是最早控制方法，经过PLC开关量的信号去控制变频器（变频器已预设三档不同频率的输出），其控制过程为PLC分别输出多个个开关量信号去控制变频器相应功能的接线端口，从而实现对变频器停止、启动及复位，并控制组合变频器高中低速这三个端子，以实现多段速的运行。这种控制方式一般是变频器控制越多，所需要的PLC输入/输出点数就会越多，会加大控制成本，并且这种控制方法是通过开关量进行控制的，无法实现连续平滑线调速，更不能精度调速，通常用在调速精度要求低，变频器数目少及无需反馈信号的控制系统当中。

2.2模拟量与通信控制方法

模拟量控制是依靠PLC配置的DA模拟量控制变频器的，通常DA模块一个通道仅能控制变频器一台，其工作流程为：经过DA模拟量的模块把PLC数字量变为4-20mA电流信号或者0-10V的电压信号对变频器进行控制，通过改变PLC数字量，从而改变模拟量输出大小，并实现电机变速，这种模拟量控制方法编程简单，可平滑连续调速，工作性能稳定，但模拟量是运用电压信号来输出的，电缆线控制较长的时候，控制线路很容易出现电压降，对系统安全可靠性产生影响。通讯控制方法一般是运用RS-485接口连接变频器的，它具有抗干扰性好、成本低、速度快及可靠安全等优点，运用这种控制方式，用一根电缆就可完成端子控制与模拟量控制所拥有的全部功能，一般能对8台变频器监视控制，在系统当中安装触摸屏，可有效实现参数的触摸屏写入及读出。

三、RS-485通讯系统的基本概述

从属性上分析，RS-485通讯主要采取了典型无协议通信，且在整个通讯过程中往往涉及到固定协议以及无需数据交换，且主要通过通信端口进行指令的传输。其中在某PLC中主要采取了RS-485通信解接口为两个，在通信协议方面则需要提前对串口加以预置，当然需要注意的一点是还可以利用RS—485通信方式对变频器加以控制，这样一来便可以实现多台交流变频器的合理控制，甚至高达32台，在通信之前需要先对通讯算口的硬件加以连接，并针对性的制定相应的参数。除此之外，在应用PLC对变频器进行通讯控制的时候，一般是将最末端的变频器添加阻抗，然后显示为关闭的状态。另外，在使用CPIH串口通信对其进行硬件设置的时候，则要在PLC的接口上连接通讯选件板，并将开关状态设定为开的状态。PLC与变频器相互连接的时候，变频器会采取相应的协议，主要为MEMOBUS协议，之所以应用该协议目的便是使用主站对从站所发出的指令加以响应，并且可以根据实际的发展情况，依据指令现状分析数据的变化。在传输的数据中所涉及到的内容众多，包括了从站地址、传输的功能码、通信数据等等，在整个数据通信的过程中需要多角度的进行分析，且还需要保证信息传输之间有所间隔，这样才能从本质上保证所传输数据的完善性。当然，为进一步提高其可靠性与有效性，可以在传输的从站地址中加以设置，其中如果从站的地址设置为0，那么主要是采取广播的方式进行传输，且这种方式不需要变频器进行反馈，还有便是在数据传输中功能码一般是指定的代码、功能众多，比如像读取寄存器之中的内容、进行写入等等，通常情况下，所传输的数据需要寄存在寄存器之中，然后根据指令的实际情况加以改变，并且在传输变频器发生故障的时候，主要采取的形式为CRG---16，且默认的数值为0，在进行设置的时候需要针对性的设置，且还需要进行数据之间的对比与校验。一般而言，PLC对变频器加以控制的时候，可以应用变频器RS-485串行通信接口，并且利用通讯电缆将其接口与通讯模块相互关联，对变频器的实际运行情况进行控制与监控。

四、变频器与PLC的通讯控制应用

在变频器与PLC的连接中变频器主要采用的是MEMOBUS协议，在MEMOBUS协议中其主要通过的是使用主站对从站发出指令并使用从站进行响应的形式，在传输的指令中根据所传输的指令的内容和功能的不同所传输的数据的长度也会产生相应的变化。在所传输的数据中主要包含有：从站地址、所传输的功能码、通信数据和故障检出这些部分所构成。同时在进行数据通信时还需要确保所传输的信息之间保持有一定的时间间隔，以确保所传输数据的信息响应。在所传输输中的从站的地址可设置为（0-20Hex）之间，如将从站地址设置为0则表示为主站以广播的形式发送，而无需变频器做出反馈响应。对于数据传输中的功能码则主要传输的是指定的代码，其中功能码主要分为：读取存储寄存器中的内容、回路测试以及读多个存储器的写入等主要几个功能。而所传输的数据主要指的是由存储寄存器编号与数据所组成组合构成的一系列的数据，根据所传输的指令内容的不同也会使得指令数据的长度有所改变，在传输变频器故障状态时对采用的是CRC-16的形式，一般情况下，计算出的CRC-16时所默认的数值为0，在对变频器进行参数设置时需要将MEMOBUS系统中的相应参数设置为1，对于主站所连接的从站地址中的LSB主要作为MSB，而将所传输的最后数据的MSB来作为LSB以此为数据来完成对于CRC-16的计算，此外对于CRC-16的计算也可以使用来自于从站的响应信息来进行相应的计算，并将计算后的结果与响应信息中的CRC-16中的CRC一16的数据进行比对校验。

五、PLC与变频器之间的通讯控制的PLC程序的设计

在使用PLC程序进行设计编写时首先需要完成的是需要对于RS-485通信接口及相应的硬件通讯适配器的初始化、控制命令字的组合以及代码转换和变频器应答数据的处理。此外在PLC程序的编写中还需要注意的是需要对变频器中的各种运行控制和运行数据的采集和控制，此外，在PLC通讯程序的设计中使用RS指令来作为使用来实现对于RS-485功能扩展板及特殊适配器进行调用，同时通过使用RS指令将串行数据的指令数据的格式通过特殊寄存器D8120来对其进行相应的设定，在参数设定时需要注意的是所设定的数据需要与变频器的数据格式类型完全的相匹配以避免两者之间无法匹配从而无法进行数据的传输。在使用RS-485通讯时PLC通过传送指令将所需要通讯的数据传输装载到D200开始的连续的数据单元中，D200发送数据的首地址（指针），D0：完成对于所需传输数据的字节数（点数）的传输，此外，在程序编制时还需要注意的是可以根据传输通信协议使用常数直接来对字节数进行指定，在不进行发送的系统中，将所需发送的数据发送点数设定为K0，D500为PLC与变频器控制通信中PLC接收数据的首地址（指针），D1数据接收的字节数，与发送相同的是可以根据传输通信协议而将常数直接指定字节数。在编程中需要注意的是数据的传输发送使用的是脉冲执行方式，使用SETM8122即可。在RS-485串行通讯中发送指令为TXD和接受指令RXD。参数“S”为设置发送信息的首地址，“D”为接收首地址，“C”为控制字。由于一个字占据ASCⅡ字符且为两个字节，因此，在信息发送接收时需要按照“S（D）～S（D）+（N&pide;2）-1”重的内容，指令设置为：S=DM0001，C=#0100，N=#0014的形式，在PLC程序编制时程序发送成功后将频率写入到变频器中，但此时交流电机仍无法运转而需要通过向变频器中发送HFA指令来控制电机的转动状态和转动方向。

六、结束语

综上所述，时代在不断发展，科技在不断进步，现如今我国工业发展的如火如荼，将变频器应用其中意义重大，这样不仅能够降低电机的能耗，且还可在一定程度上实现对电机的有效保护，所以在本文中多角度的进行了探讨，旨在实现PLC与变频器的有效控制。

参考文献：

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