三菱變頻器與西門子PLC通訊的實現(xiàn)

1、三菱變頻器與西門子PLC通訊的 實現(xiàn)三菱變頻器與西門子PLC通訊的實現(xiàn)變頻器由于其應(yīng)用簡便和性能可靠，已成為 工業(yè)傳動裝置中首選的電機控制器，現(xiàn)代變頻器 采用微計算機數(shù)字控制技術(shù)構(gòu)成，并提供了標(biāo)準(zhǔn) 的工業(yè)通訊接口和內(nèi)置協(xié)議（如profibus、cclink等），為變頻器的遠(yuǎn)程監(jiān)控提供了必要的基礎(chǔ)。profibus-dp做為現(xiàn)場總線profibus標(biāo)準(zhǔn)中一種，是一種高速（數(shù)據(jù)傳輸率為9.6kb/s-12mb/s）.經(jīng)濟、可靠的現(xiàn)場級網(wǎng)絡(luò)，已經(jīng)在工業(yè)控制得到了廣泛的應(yīng)用。本文以三菱公司的fr-a740變頻器為基礎(chǔ), 研究了 simenz s7-300 plc 與 fr-a740 在profibus

2、-dp網(wǎng)絡(luò)中通訊的實現(xiàn)，它在筆者所參與的胎面擠出生產(chǎn)線中得到了實踐論證。為后 續(xù)建立變頻器的集中監(jiān)控打下了基礎(chǔ)。2基于profibus-dp控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的構(gòu)建fr-a740與profibus-dp網(wǎng)絡(luò)的連接是通過安裝a7np通訊卡來實現(xiàn)的，其典型配置如 圖工所示，我們可以把系統(tǒng)分為三層結(jié)構(gòu)，分別為監(jiān)控層、控制層、執(zhí)行層。ipc作為監(jiān)控層, 采用mcgs組態(tài)軟件，用于對系統(tǒng)進行監(jiān)控,plc做為控制層，它作為工控機與變頻器之間的橋梁，一方面，它對變頻器進行控制，另一方面 將生產(chǎn)線上信息(如變頻器的速度、報警等)傳 達(dá)給工控機，其中ipc與plc采用mpi(multipoint interface)

3、 o 變頻器作為執(zhí)行 層，將plc下達(dá)的指令執(zhí)行,實現(xiàn)對電機的控制。3變頻器數(shù)據(jù)通訊的實現(xiàn)3.1參數(shù)設(shè)置在進行設(shè)備通訊之前，必須對變頻器的相關(guān) 參數(shù)進行設(shè)置，首先在a7np卡上設(shè)置網(wǎng)絡(luò)節(jié) 點地址，必須要與step 7硬件組態(tài)中設(shè)置的地址完全一致,這個設(shè)置主要通過a7np上sw3, swl兩個旋鈕開關(guān)來調(diào)節(jié)的，另外其他主要參數(shù)設(shè)置如表工所示，它們是在fr-a740的操作 面板設(shè)置的。表】A740PROFIEUS通訊主要等數(shù)沒置等效參數(shù)編號通訊參故單位設(shè)亶值設(shè)置值被置內(nèi)容Pr.79運行模式選擇10、2 , 6均可網(wǎng)絡(luò)運行模式Pr340通訊開始蓑糕擇11、2Pr.338通訊運行指令權(quán)10運行指令枳通

4、訊Pr.339通訊速度指令權(quán)10速度指令枳通訊Pr.342EEPROM保存 模式選擇10寫入EEPROMPr.349通訊復(fù)位10在任何接式Pr.500通訊借謖等待時間0.1s00sPr.550網(wǎng)絡(luò)稷式操作權(quán)讓揮19999自動識別3.2 profibus通訊協(xié)議ea對于調(diào)速驅(qū)動裝置，根據(jù)變速驅(qū)動行規(guī)，在 期型通道中傳輸?shù)臄?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)被定義為參數(shù)過 程數(shù)據(jù)對象 ppO(parameter process object)o這個通道經(jīng)常被稱為標(biāo)準(zhǔn)通道，其中 包含有用的用戶數(shù)據(jù)?？捎玫臄?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)分為兩個 部分且能用報文分別傳送：過程通道pzd部分、參數(shù)通道pkw部分，具體的協(xié)議報文結(jié)構(gòu)如圖 2所示。協(xié)議結(jié)構(gòu)皴

5、通道(PKW) I過程通道(FZD)協(xié)議結(jié)構(gòu) (尾部)圖2 profibus-dp報文中有效的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)變速驅(qū)動行規(guī)對ppo的結(jié)構(gòu)、長度作了更具 體的規(guī)定，常用的參數(shù)過程數(shù)據(jù)對象pp。一共 有5種類型，按照可用數(shù)據(jù)有無參數(shù)通道及過 程通道的數(shù)據(jù)字的多少來劃分:(1)可用數(shù)據(jù)有數(shù)據(jù)區(qū)而無參數(shù)區(qū)，有兩字或 六個字的過程數(shù)據(jù)，如ppo3和pp04o表2常用PP。敵據(jù)類型PP012345PKW段PKE777IND777PWE777PWEVqPZD段PZD1 STW1 ZSW177777PZD2 HSW HIWVVVVPZD32V777V7V7PZD4VPZD57PZD67PZD7VPZD87PZD9VP

6、ZD10P注；PKW:杉費識別值IND；變址Z$W:伏怒宇P2D：過程數(shù)據(jù)PYF彩數(shù)值書業(yè)主設(shè)定值PKE:觸數(shù)識刑S7W:拄制宇HIW:主裝際值(2)可用數(shù)據(jù)有參數(shù)區(qū)和數(shù)據(jù)區(qū)，且有兩個 字、六個字或是個字的過程數(shù)據(jù)，如ppol> ppo2> ppo50常用的ppo類型如表2所示。 選用那種類型的ppO,取決于在硬件組態(tài)中的 設(shè)置。過程數(shù)據(jù)在傳動系統(tǒng)中總是以最高優(yōu)先級 進行傳送和處理，它主要傳送傳動裝置的狀態(tài)信 息和控制信息。參數(shù)數(shù)據(jù)運行存取傳動系統(tǒng)的所 有參數(shù)。因而，它能夠在不影響過程數(shù)據(jù)傳輸性 能的情況下,從上一級系統(tǒng)調(diào)用參數(shù)值、診斷值、 故障信號等。pkw區(qū)說明參數(shù)數(shù)值(pkw

7、)的數(shù)據(jù)接口 處理方式。pkw接口并非物理意義的接口，而是一種通訊機理。這一機理確定了參數(shù)在兩個通 訊伙伴之間（如plc和變頻器之間）的傳輸方式。pkw參數(shù)區(qū)一般包含4個字。前兩個字（pke和ind）的信息是關(guān)于主站請求任務(wù)（任務(wù)識別 標(biāo)記id）和從站應(yīng)答響應(yīng)（應(yīng)答識別標(biāo)記id） 的報文。pkw的后兩個字（pwel和pwe2） 用來讀寫具體的參數(shù)數(shù)值。pkw參數(shù)通道的第一個字是參數(shù)標(biāo)識符 pkeo位。到工0 （pnu）包括所請求的參數(shù)號,它決定所要執(zhí)行的參數(shù)讀寫任務(wù)訪問的是數(shù)組 參數(shù)中的哪一個元素。位11 （spm）是用來參 數(shù)變更報告的觸發(fā)位。位12到位15 （ak）包 括任務(wù)標(biāo)識id和應(yīng)答

8、標(biāo)識id.pkw參數(shù)通道的第二個字變址ind的位12 到15位是參數(shù)號pnu的擴展頁號，它和參數(shù) 標(biāo)識符基本參數(shù)號pnu共同產(chǎn)生完整的傳動裝 置參數(shù)號。變址ind的。到7位為帶數(shù)組的參 數(shù)尋址提供數(shù)組下標(biāo)，決定訪問數(shù)組參數(shù)的哪一 個元素。第三和第四字為參數(shù)數(shù)值（pwe）。參數(shù)值 總是以雙字來傳送，在pp。報文中，一次只能傳送一個參數(shù)值，由pwel(高位字)和pwe2 (低位字)共同組成一個32位參數(shù)數(shù)值。當(dāng)用pwe2傳送一個16位參數(shù)值,必須在dp主站中設(shè)置高位字pwel為零。利用pkw參數(shù)通道修改驅(qū)動裝置參數(shù)必須 遵守以下規(guī)則：(1) 一個任務(wù)或一個應(yīng)答僅能涉及一個參 數(shù)。(2)主站必須重復(fù)

9、地發(fā)送任務(wù)報文直到從從站那里得到相應(yīng)的應(yīng)答報文。主站通過對應(yīng)答識 別id、參數(shù)號、變址下標(biāo)和參數(shù)值的處理識別 任務(wù)的應(yīng)答。(3)完成的任務(wù)必須送出一個報文，對于應(yīng) 答也一樣。(4)在應(yīng)答報文中重復(fù)的實際值總是當(dāng)前的 最新值。(5)如果在周期工作中不需要pkw參數(shù)通 道的信息而只需要pzd過程通道的信息，則任 務(wù)id被發(fā)布為“無任務(wù)(用0表示)。過程通道pzd區(qū)是為監(jiān)測和控制調(diào)速驅(qū)動裝 置而設(shè)計的，在dp主站和從站中收到的pzd 報文總是以最高的優(yōu)先級處理，即處理pzd過 程通道的優(yōu)先級高于處理參數(shù)通道pkw的優(yōu)先 級，而且pzd過程通道總是傳送調(diào)速驅(qū)動裝置 上當(dāng)前最新的有效數(shù)據(jù)。通常dp主站給

10、傳動裝 置的任務(wù)報文中，第一個pzd字為控制字，第 二個字為主設(shè)定值；傳動裝置給dp主站的響應(yīng) 報文中，第一個pzd字為狀態(tài)字，第二個字為 主實際值。本文中fr-a740采用pp03的數(shù)據(jù)傳輸結(jié) 構(gòu)，即使用過程通道（pzd）控制和監(jiān)測變頻器 的工作，而沒有使用參數(shù)通道（pkw）修改變 頻器的內(nèi)部參數(shù)。PP03的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如表3所 不。安3 PPO3的PZD給枸PZD1PZD2PLC FR-A740STWHSWFR-A74O PLCZSWHIW主站給fr-a740的pzd任務(wù)報文的第一個 字pzd工是變頻器的控制字（stw）,其每一位 的含義如表4所示。表5 FR-A74O笠痔狀奪宇定義裝位名稱說

11、明未使用3控制使能。：輸出濟止；1:壽止取消未使用1故障原位0 ：無動作；1 :故障復(fù)位8-9未使用10PZD使能0 ：不執(zhí)行；1 : PZD執(zhí)行11正轉(zhuǎn)啟動0 :否；1二是12反轉(zhuǎn)啟動u ：否；1二是13第二功能選擇0 ：否；1:是14輸出停止口：否；1;是15RAM/EEPROM0:寫入RAM；1：寫入 EEPROM對于變頻器收到的控制字,其中位10必須設(shè) 置為1。如果位10是0,變頻器將以從前的控 制方式繼續(xù)工作。主站給變頻器的pzd任務(wù)報 文的第二個字pzd2字是變頻器的主設(shè)定值(hsw)，即主頻率設(shè)定值，以十六進制發(fā)送， 最小單位是O.Olhz。變頻器給主站的pzd應(yīng)答報文的第一個p

12、zd 字是變頻器的狀態(tài)字(zsw)，其每一位的含義 如表5所示。pzd應(yīng)答報文的第二個字是主要 的運行參數(shù)實際值(hiw)。通常，把它定義為 變頻器的實際輸出頻率。位名稱說明02未使用默認(rèn)13變頻罌故障Q：正常；1：變頻器故障45未使用默認(rèn)16接通命令0：接通7報警0：命令執(zhí)行正常；1 :命令執(zhí)行正常8未使用默認(rèn)。9提制請求0 ：無；1：有請求10頻率檢測信號。：無；1:接通11空頻器正在運行。：無；1:正在運行12電機正向運行。：無；1:電機正轉(zhuǎn)13君機反向運行0 ：無；1 ：電機反轉(zhuǎn)14變頻器運行梭式。：無；1:網(wǎng)斜模式15變頻器是否在忙0：費頻器在準(zhǔn)備狀態(tài)；1 ：變頻器在忙4 Ple程序

13、的編寫在編寫變頻器通訊程序時，首先應(yīng)該讀取變 頻器的狀態(tài)字，判斷變頻器是否準(zhǔn)備就緒，如果 沒有就緒則判斷是否存在故障，若有故障要判斷 故障的類型，給出相關(guān)的故障提示信息。然后根 據(jù)操作指令組裝控制字，設(shè)定主頻率值，同時實 時讀取從站的應(yīng)答報文，完成運行狀態(tài)的在線顯 示。其程序結(jié)構(gòu)框圖如圖3所示。圖3變頻器通訊程序流程圖plc作為總線主站讀pzd應(yīng)答報文是通過調(diào)用s7系統(tǒng)功能sfc：L4(dprd_dat)來實現(xiàn)， sfcl4用于從一個標(biāo)準(zhǔn)的profibus-dp從站讀取一串連續(xù)的數(shù)值，讀取數(shù)值的長度取決于 cpu的類型，它有三個形式參數(shù)：dp從站的讀 數(shù)據(jù)區(qū)的首地址、存放數(shù)據(jù)變量的首地址、存放

14、 錯誤代碼的地址。若能正確讀取數(shù)據(jù)，錯誤代碼 返回OOOO(hex);若讀取出錯，錯誤代碼為非 零值。同理，寫pzd報文是通過調(diào)用系統(tǒng)功能 sfc15(dpwr_dat)來實現(xiàn)的，它也有三個入 口參數(shù)：dp從站寫數(shù)據(jù)區(qū)的首地址、存放待寫入數(shù)據(jù)變量的首地址、存放錯誤代碼 的地址。若正確寫人，錯誤代碼返回0000(hex);若寫入出錯，錯誤代碼為非零值。以下是部分程序代碼。call "dprd-dat" /調(diào)用 sfcl4 讀取pzd應(yīng)答報文laddr : = #addres_iw /dp 從站讀數(shù)據(jù)區(qū)的首地址ret val: = #error code in/存儲錯誤代碼的返

15、回變量record : = #bpq_in /存放應(yīng)答報文的首地址I w#16#fI #bpq_in-state_pzd 1 pzd 工字aw /判斷變頻器是否就緒jn nr /沒有準(zhǔn)備就緒=#fault /清內(nèi)部故障標(biāo)志位#control wordlt bpq_out.control_pzd 1 寫從站 固定控制字spee: I #speed_iwt bpq_out.control_pzd2 寫主頻 率給給定數(shù)值call "dpwr-dat11 /調(diào)用 sfcl5 寫 pzd任務(wù)報文laddr : = #addres_qw /dp 從站寫數(shù)據(jù)區(qū)的首地址record : = #bpq_out /存放任務(wù)報文的首地址ret_va l: = #erro r_code_-out /存儲錯誤代碼的返回變量nopcall ,dprd_dat,1 調(diào)用 sfcl_4讀取 pzd應(yīng)答報文laddr : = #addres_iwret_vaI : = #error_code_inrecord : = #b