用RS網(wǎng)絡實現(xiàn)LC與TD變頻器多機控制

用RS485網(wǎng)絡實現(xiàn)PLC與TD3000變頻器多機控制摘要：本文介紹了通過三菱PLC作為主站與多臺艾默生公司的TD3000矢量變頻器用RS485串行通訊構成的高精度變頻器調(diào)速控制、監(jiān)控系統(tǒng)。詳細敘述了系統(tǒng)的硬件構成,PLC與變頻器之間的通訊原理和通訊協(xié)議,闡明了該網(wǎng)絡控制調(diào)速系統(tǒng)與一般模擬量控制調(diào)速系統(tǒng)相比的優(yōu)越性，給出了系統(tǒng)框圖及以及PLC系統(tǒng)的軟件實現(xiàn)方法。關鍵字：PLC變頻調(diào)速器多電機控制RS485網(wǎng)絡通訊協(xié)議實時監(jiān)控一、引言近年來，交交流調(diào)速的發(fā)發(fā)展十分迅速速，打破了過過去直流拖動動在調(diào)速領域域中的統(tǒng)治地地位，交流調(diào)調(diào)速拖動已進進入了與直流流拖動相媲美美、相抗衡的的時代。目前前，變頻器調(diào)調(diào)速控制系統(tǒng)統(tǒng)已廣泛應用用于機械、冶冶金、化工等等各個行業(yè)。作作為變頻調(diào)速速系統(tǒng)中的控控制核心部分分的變頻器,最初是以單單臺形式工作作的,可以通過變變頻器的控制制面板或端子子進行運行參參數(shù)的設置,啟動或停止止變頻器運行行,讀取各種變變頻器運行數(shù)數(shù)據(jù)等等。而而現(xiàn)在各種大大中型自動化化生產(chǎn)線則要要求由多臺變變頻器組成的的同步控制系系統(tǒng)、比例控控制系統(tǒng)等復復雜的控制,并且要相互互協(xié)調(diào),形成連續(xù)生生產(chǎn)線的調(diào)速速控制系統(tǒng)。以以比例控制系系統(tǒng)為例，一一般的系統(tǒng)構構成如圖1所示。圖1是傳傳統(tǒng)的比例控控制的基本結結構工作時操作作人員通過控控制PLC設定運行參參數(shù)，然后通通過D/A轉換模塊發(fā)發(fā)出(0~100VDC或4~20mmA)信號控制變變頻器的速度度指令，使各各個變頻器驅驅動電機按給給定的速度運運轉。此方案案對電機數(shù)目目不多，電機機分布比較集集中的應用系系統(tǒng)較合適。但但對于大規(guī)模模自動化生產(chǎn)產(chǎn)線，一方面面電機數(shù)目較較多，另一方方面電機分布布距離較遠。采采用此控制方方案時由于速速度指令信號號在長距離傳傳輸中的衰減減和容易受外外界的干擾，使使整個系統(tǒng)的的穩(wěn)定性和可可靠性降低，同同時大量D/A轉換模塊使使系統(tǒng)成本增增加等問題。由由于大多數(shù)變變頻都有RS485通信接口，用用于系統(tǒng)配置置和監(jiān)控。作作為低成本的的連接方案，采采用基于RS485通信接口對對變頻器進行行控制，無疑疑是具有吸引引力的選擇。為為此我們采用用了PLC與變頻器構構成RS485多分支通訊訊控制網(wǎng)絡。該該系統(tǒng)特點是是成本較低、信信號傳輸距離離遠、抗干擾擾能力強，尤尤其適合遠距距離，多電機機控制系統(tǒng)。本文是結合合我公司在鋼鋼繩生產(chǎn)線上上采用PLC通過RS485接口使用變變頻器專用通通訊協(xié)議對兩兩臺艾默生公公司的TD30000矢量變頻器器進行控制，極極大地減少了了線路連接的的復雜性。實實現(xiàn)多機分布布傳動機制的的PLC集中監(jiān)測和和控制新系統(tǒng)統(tǒng)，著重介紹紹了艾默生公公司的TD30000系列變頻器器實時在線通通訊技術的實實現(xiàn)。二、工藝要要求和系統(tǒng)工工作原理鋼繩生產(chǎn)線線上涂塑機控控制系統(tǒng)主要要由兩臺電機機拖動：主電電機15KW，跟隨電機1.5KW，要求跟隨隨電機按工藝藝的要求可以以精確的按比比例跟隨主電電機運行。啟啟動停止要求求同步才能保保證符合正常常的生產(chǎn)要求求。系統(tǒng)結構構如下圖所示示。圖2涂塑塑機系統(tǒng)硬件件結構成品鋼繩經(jīng)經(jīng)過跟隨電機機驅動的涂塑塑機構，在高高溫下涂上一一層塑料，經(jīng)經(jīng)過降溫冷卻卻后，由主電電機牽引收卷卷成品。其機機械結構雖然然簡單。但電電氣控制要求求高，跟隨電電機要非常精精確的跟隨主主電機運行才才能保證成品品合格。三、電氣傳傳動系統(tǒng)構成成我們根據(jù)該該設備工藝的的技術要求采采用了全新的的傳動控制系系統(tǒng)，整個控控制系統(tǒng)主要要由以下幾部部分組成。利利用變頻器自自帶的RS485接口，與三三菱PLC的FX2N--485BDD模塊進行通通訊控制變頻頻器。再通過過觸摸屏來監(jiān)監(jiān)控和操作，可可以直觀的顯顯示各種參數(shù)數(shù)及故障。便便于操作與維維修，而且系系統(tǒng)的抗干擾擾能力強，傳傳輸距離遠，可可靠性強，配配線簡單整潔潔。系統(tǒng)結構構如圖3所示，圖3鋼繩繩涂塑機控制制系統(tǒng)結構圖圖電氣系統(tǒng)硬硬件結構如圖圖3所示，主要要由下列組件件構成；1）觸摸屏屏（HMI）為整個系系統(tǒng)的操作設設置顯示單元元。在HMI上可以通過過不同畫面將將PLC內(nèi)部數(shù)據(jù)、輸輸入(I)輸出(O)狀態(tài)、各個個動作過程，以以及全機故障障查詢、工藝藝參數(shù)等一一一顯示出來，實實時監(jiān)控全機機的工作狀態(tài)態(tài)，除了顯示示功能外，還還可以根據(jù)現(xiàn)現(xiàn)場的情況，通通過HMI設置和修改PLC內(nèi)部的一些些需要用戶設設定的參數(shù)。人人機界面上直直接觀察到變變頻器的工作作狀態(tài)，對變變頻器進行監(jiān)監(jiān)控。2）FX22N—32MR為PLC基本單元，執(zhí)執(zhí)行系統(tǒng)及用用戶軟件，是是系統(tǒng)的核心心。3）FX22N—485BD為FX2N系統(tǒng)PLC的通訊適配配器，該模塊塊的主要作用用是PLC通訊系統(tǒng)中中作為主站發(fā)發(fā)給變頻器信信息，我們在在分析其結構構的基礎上，將將其作為RS485通訊主站使使用，完成變變頻調(diào)速器各各種控制信號號的發(fā)送，參參數(shù)監(jiān)控及故故障報警等。4）TD33000矢量變頻器器自帶RS485接口的通訊訊單元，符合合RS—485通訊規(guī)范，用用于實現(xiàn)PLC與多臺變頻頻調(diào)速器的連連網(wǎng)。通過該該單元能夠在在網(wǎng)絡上實現(xiàn)現(xiàn)變頻調(diào)速器器的運行控制制（如啟動、停停止、運行頻頻率設定）、參參數(shù)設定和狀狀態(tài)監(jiān)控等功功能，是變頻頻器的網(wǎng)絡接接口，在工業(yè)業(yè)現(xiàn)場，RS485是應用較多多的一種通信信。5）TD33000矢量變頻器器（帶編碼器器PG閉環(huán)反饋）有有效防止因負負載的變化而而引起的電機機轉速的變化化，由于兩臺臺電機變頻調(diào)調(diào)速都采用編編碼器PG閉環(huán)反饋。因因此該系統(tǒng)特特性較強，隨隨負載變化小小，外界干擾擾對系統(tǒng)速度度基本沒有影影響。保證跟跟隨頻率的精精度。四、TD30000矢量變頻器器比例跟蹤系系統(tǒng)工作原理理牽引電機和和跟隨電機均均采用矢量閉閉環(huán)變頻無級級調(diào)速，旋轉轉模跟隨電機機根據(jù)工藝要要求按一定的的比例（設置置計算公式）精精確同步跟隨隨牽引電機速速度。牽引電電機的速度由由操作員根據(jù)據(jù)需要在HMI上設置，也也可以在HMI上微調(diào)牽引引的速度，同同時輸入“牽引比”，“機械傳動的的速比”，“鋼繩的直徑”等參數(shù)，由HMI傳送到PLC后，經(jīng)過計計算，采用通通訊的方式啟啟動牽引電機機和跟隨電機機按計算的速速度運行。如如下圖圖5比例例跟蹤系統(tǒng)工工作原理五、TD33000矢量變頻器器與PLC的通訊原理理及協(xié)議變頻器與PPLC的通訊通信信是雙向進行行的，因此收收發(fā)雙方同時時都具備收發(fā)發(fā)設備。但雙雙方可共用一一個傳輸媒介介，也可各自自擁有單獨的的傳輸媒介。傳傳輸系統(tǒng)和交交換系統(tǒng)共同同組成一個完完整的通信系系統(tǒng)，直至構構成復雜的通通信網(wǎng)絡。而而這個簡單的的系統(tǒng)也基本本上包含通信信方面的一些些基本技術：：編碼技術、傳傳輸技術。本本系統(tǒng)TD30000矢量變頻器器通用變頻器器接入RS485總線采用“單主多從”PLC控制網(wǎng)。如如下圖圖6單主主機多從機PLC控制網(wǎng)TD30000矢量變頻器器采用兩線制制的RS485接口協(xié)議作作為現(xiàn)場監(jiān)控控和調(diào)試協(xié)議議。它以主從從方式構成工工業(yè)監(jiān)控網(wǎng)站站，在網(wǎng)絡內(nèi)內(nèi)有一個主站站，1－31個從站，各各站點由唯一一的標識碼識識別。這樣上上位機便能通通過RS485通信線，對對掛在上面的的變頻器進行行控制操作。TD30000矢量變頻器器采用主機“輪詢”，從機“應答”方式。其通通信方式為RS-4885，波特率最最高可達125Kbbps；數(shù)據(jù)格式式為：1位起始位，8位數(shù)據(jù)位，1位奇偶效驗驗位，1位停止位。變變頻器接收控控制的通信協(xié)協(xié)議如下：起始字節(jié)：：02H從機地址：：范圍2~1226功能碼操作作命令/響應字：范圍0~15，功能碼組組號+功能碼號功功能碼組號范范圍0~16（BIT8~~BIT111），功能碼碼的范圍0~99（BIT0~~BIT7），遵循先先發(fā)高字節(jié)，再再發(fā)低字節(jié)的的原則。功能碼設定定/實際值：變變頻器參數(shù)設設置，修改范范圍見參數(shù)表表?？刂谱?狀狀態(tài)字：控制制變頻器的啟啟動/停止，反映映變頻器的運運行狀態(tài)，故故障報警等。主設定值//運行數(shù)據(jù)實實際值：運行行數(shù)據(jù)設定值值由用戶根據(jù)據(jù)控制要求來來設定，通過過設定功能碼碼的形式來實實現(xiàn)。內(nèi)容包包括：運行設定頻頻率、設定轉轉速、設定線線速度、閉環(huán)環(huán)設定等等。運運行數(shù)據(jù)實際際值是由設定定值來決定。例如：實實際運行頻率率、實際轉速速等等。當狀狀態(tài)字反映出出運行故障時時，實際值將將為故障代號號。幀校驗：幀幀校驗方式為為異或校驗法法，計算方法法為本幀數(shù)據(jù)據(jù)字節(jié)的連續(xù)續(xù)異或結果。將變頻器的的通信數(shù)據(jù)格格式，波特率率，以及通信信地址設置好好，例如以50Hz運行2#變頻器。需需要將變頻器器頻率設定成成F0.033=6起始從機地址命令字功能碼號設定高位設定低位控制高位控制低位主設定高位主設定低位校驗碼020200000000047F1388E2由通訊可以以控制變頻器器的起/停、故障檢檢測、故障復復位、速度和和轉向控制，由PLC通過RS485接口完成。六、控制系系統(tǒng)中變頻器器與PLC通訊控制軟軟件設計由于系統(tǒng)生生產(chǎn)工藝并不不復雜，所以以如何實現(xiàn)PLC與變頻器之之間的通信是是整個設計的的重點、難點點。要實現(xiàn)對對變頻器的通通訊控制，要要求PLC進行通訊編編程，通過程程序實現(xiàn)PLC與變頻器信信息交換的控控制。要求注注意以下幾點點：1）通信程程序由通信口口初始化、運運行、停止、速速度設定等部部分組成，主主機握手等待待時間，從機機最長響應時時間8ms，超時則判判定為通信失失敗,輪詢RS485網(wǎng)絡內(nèi)的每每一個從站，主主站必需定期期輪詢，包括括無應答時，應應呼叫三次，保保證能及時發(fā)發(fā)現(xiàn)從站的通通信故障。從從站在一定時時間間隔后若若未接收到任任何報文則認認為發(fā)生斷線線故障，隨后后進入故障安安全狀態(tài)。2）PLCC程序應完成FX2N—485BD通訊適配器器的初始化、控控制命令字的的組合、代碼碼轉換及變頻頻器應答信息息的處理等工工作。在該系系統(tǒng)1:2多分支通訊訊網(wǎng)絡中，每每個變頻器為為一個子站，每每個子站均有有一個站號，事事先由參數(shù)設設定單元設定定。具體參數(shù)如下：：功能碼名稱設定范圍設定值(15KKW)設定值(1.55KW)備注F0.02控制方式0~211閉環(huán)方式F0.03頻率設定方式0~966通訊設定F0.05運行方式選擇0~222通訊控制F2.01起動頻率0~10Hz00出廠為1F3.00ASR比例增益益0~63.96PF3.01ASR積分時間間0~32s0.80.7IF9.00波特率選擇0~6339600BPSSF9.01數(shù)據(jù)格式0~200N,8,1F9.02本機地址2~12623必須設定F9.12通訊響應時間0~20ms1414非標Fd.04線速度系數(shù)0.1~9999.999.20.1顯示用以上參數(shù)是是修改的實際際值，其余參參數(shù)調(diào)整是按按廠家出廠值值設定，注意意采用閉環(huán)編編碼器時，編編碼器的分辨辨率和轉向。3）工作過過程中，F(xiàn)X2N—485BD發(fā)有關命令令信息后，各各個子站均收收到該信息，然然后每個子站站判斷該信息息的站號地址址是否與本站站站號一致。若若一致則處理理該信息并返返回應答信息息；若不一致致則放棄該信信息的處理，這這樣就保證了了在網(wǎng)絡上同同時只有一個個子站與主站站交換信息。見見下圖：圖7發(fā)送送信息交換過過程4）由于FFX2N通訊的收發(fā)發(fā)狀態(tài)切換較較慢，取決于于PLC的掃描周期期，這個時間間估計為3ms左右，因此此在與TD30000通訊時，接接收不到變頻頻器的應答數(shù)數(shù)據(jù)（變頻器器返回數(shù)據(jù)約約1ms），因此我我們考慮變頻頻器軟件做非非標，調(diào)整返返回信息時間間。(建議可以采采用西門子PLC，TD30000矢量變頻器器不用做非標標產(chǎn)品)5）正常工工作時變頻器器與PLC通訊控制軟軟件設計的程程序流程圖如如下：七、人機界界面觸摸屏的的設計在人機界面面中，設計了了7幅畫面，包包括整體圖形形，運行監(jiān)控控、參數(shù)修改改、速度輸入入，故障顯示示，機器速度度和密碼保護護等。故障顯顯示使用指示示器，給出位位元件即可實實現(xiàn)閃動效果果，讓操作者者很方便的知知道故障部位位，整體感很很好。監(jiān)控畫畫面如圖所示示：圖8觸摸摸屏監(jiān)控畫面面圖9觸摸摸屏操作畫面面八、實際應用效效果通過用戶將將近一年半的的長時間使用用證明，TD30000矢量變頻器器加編碼器閉閉環(huán)組成的比比例隨動自動動控制系統(tǒng)，在在鋼繩生產(chǎn)線線上采用RS485網(wǎng)絡控制是是一種十分理理想的控制方方式，它有許許多值得借鑒鑒的優(yōu)點：1）采用通通訊控制變頻頻器，具有硬硬件邏輯簡單單、抗干擾能能力強的特點點。以此方式式，可以實現(xiàn)現(xiàn)全車間的現(xiàn)現(xiàn)場總線網(wǎng)絡絡控制。2）兩臺電電機比例同步步跟隨精度高高，尤其是采采用編碼器閉閉環(huán)以后，轉轉速精度可以以控制在±1轉/分左右，完完全滿足工藝藝控制的要求求，質(zhì)量明顯顯提高。3）系統(tǒng)的的動態(tài)響應快快，對于負載載的急變，主主牽引速度的的快速變化都都能很快跟隨隨調(diào)整好。4）調(diào)速范范圍廣，閉環(huán)環(huán)可達1000：1，我們采用用了變頻電機機，在低速情情況下完全可可以長期運行行，在高速下下，只要擠出出機能滿足要要求，主機牽牽引可達60Hz以上，極大大