1 引 言
plc和變頻器是自動(dòng)化設(shè)備上最常見的部件。其最初的控制型式大多是用plc的i/o點(diǎn)和模擬量模塊直接控制變頻器的啟停和實(shí)現(xiàn)調(diào)速，但這種控制方式有兩大弊端，最大的弊端是占用plc的i/o點(diǎn)和需要增加昂貴的模擬量模塊，造成控制成本的增加。當(dāng)被控制的變頻器數(shù)量較多時(shí)，此弊端更是明顯。第二個(gè)弊端是模擬量控制容易受干擾，傳輸距離也容易受限制。
近幾年來自動(dòng)化產(chǎn)品不斷更新?lián)Q代，性能不斷提升，功能日益強(qiáng)大。在小型plc方面這個(gè)變化更加明顯，現(xiàn)在的小型plc不僅執(zhí)行速度大大提高，指令功能日益豐富，更重要的是大都支持多種通訊協(xié)議，并提供了更多的通訊接口。同時(shí)大多的變頻器也具有了rs485接口，也能支持多種通訊協(xié)議，最常見的就是modbus協(xié)議。這種技術(shù)的進(jìn)步為plc和變頻器通訊的實(shí)現(xiàn)，提供了軟件上的協(xié)議和硬件上的物理接口，從而為低成本高性能的通訊控制的實(shí)現(xiàn)打下了良好的基礎(chǔ)。
2 通訊相關(guān)的基礎(chǔ)知識(shí)
2.1 通訊協(xié)議communications protocol
通信協(xié)議是指通信雙方的一種約定。這個(gè)約定包括對數(shù)據(jù)格式、同步方式、傳送速度、傳送步驟、檢糾錯(cuò)方式以及控制字符定義等問題做出統(tǒng)一規(guī)定，通信雙方必須共同遵守。因此，也叫做通信控制規(guī)程，或稱傳輸控制規(guī)程。
modbus協(xié)議是工業(yè)控制器中使用較普遍的一種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。通過此協(xié)議，各種控制器之間（比如plc、變頻器、伺服驅(qū)動(dòng)器、各種智能儀表）、控制器通過其它網(wǎng)絡(luò)（比如以太網(wǎng)）和其它設(shè)備之間都可以通信交換信息。該協(xié)議定義了一個(gè)控制器可以識(shí)別的信息架構(gòu)，從而使不同廠商生產(chǎn)的支持此協(xié)議的各種工控產(chǎn)品可以連接到一個(gè)網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行集中控制和信息交換。
2.2 rs485接口的特點(diǎn)
rs485接口是在大家熟知的rs232接口的基礎(chǔ)上推出的性能更優(yōu)的一種串口。由于rs485接口具有良好的抗噪聲干擾性，長的傳輸距離和多站功能等優(yōu)點(diǎn)，它成為應(yīng)用越來越廣泛的串行接口。 此外，rs485接口組成的半雙工網(wǎng)絡(luò)一般只需二根屏蔽雙絞電線，這為長距離的通訊線路節(jié)省了很多配線，降低了系統(tǒng)的成本。
3 臺(tái)達(dá)plc和變頻器通訊功能的特點(diǎn)
臺(tái)達(dá)的dvp系列plc都具有兩個(gè)通訊口，com1是rs232，com2是rs485，支持modbus ascii/rtu通訊格式，通訊速率最高可達(dá)115200bps，兩通訊口可以同時(shí)使用。所以無需用任何擴(kuò)展模塊就可以實(shí)現(xiàn)既可連接用于參數(shù)設(shè)置的人機(jī)界面又可用通訊的方式控制變頻器等其它設(shè)備。并且dvp系列plc提供了針對modbus ascii/rtu模式的專用通訊指令，這樣在編寫通訊程序時(shí)就可以大大簡化，無需像用串行數(shù)據(jù)傳送指令rs那樣要進(jìn)行復(fù)雜的校驗(yàn)碼計(jì)算和遵循復(fù)雜的指令格式。
臺(tái)達(dá)的vfd系列變頻器內(nèi)建有單獨(dú)的rs485串聯(lián)通訊界面，并且也遵循modbus ascii/rtu通訊格式（vfd-a系列除外）。基與以上特點(diǎn)，臺(tái)達(dá)的plc和變頻器之間可以有三種方式的通訊控制。一是用串行通訊rs指令，但這種通訊方式要遵守特定的指令格式和進(jìn)行復(fù)雜的校驗(yàn)計(jì)算，比較繁雜，本文不作說明。二是利用dvp系列plc提供的modbus專用通訊指令實(shí)現(xiàn)，這個(gè)功能適用于全系列的dvp系列plc。三是利用dvp系列plc的easy plc link功能來實(shí)現(xiàn)，這個(gè)功能適用除es/ex/ss外的其它系列plc。本文就講述以后兩種方式的通訊功能的實(shí)現(xiàn)。
4 實(shí)現(xiàn)plc和變頻器通訊時(shí)的準(zhǔn)備工作
4.1 plc相關(guān)通訊口通訊格式的設(shè)置方法
臺(tái)達(dá)dvp系列plc的每一個(gè)通訊口都對應(yīng)有相關(guān)的特殊寄存器d和特殊繼電器m，以進(jìn)行通訊相關(guān)的參數(shù)設(shè)置和信息的傳送。本文中要使用的com2對應(yīng)的主要特d特m及其意義見表1。
表2：特殊寄存器和特殊繼電器的意義
| 編號(hào) | 意義 |
特 D | D1120 | RS-485通訊協(xié)議設(shè)定 |
D1129 | 通訊逾時(shí)時(shí)間設(shè)定，當(dāng)一筆通訊時(shí)間超過此設(shè)定值將會(huì)出現(xiàn)通訊逾時(shí)錯(cuò)誤 |
特 M | M1120 | 通訊設(shè)置保持，通訊參數(shù)設(shè)置后需在程序中設(shè)置此位ON |
M1122 | 請求通信開始信號(hào)，開始通訊時(shí)需要用程序設(shè)置此位為ON，通訊完成后PLC會(huì)自動(dòng)將此位OFF |
M1129 | 通訊逾時(shí)時(shí)PLC產(chǎn)生的信號(hào)，需編程復(fù)位 |
M1140 | MODRD/MODWR/MODRW數(shù)據(jù)接收錯(cuò)誤信號(hào) |
M1141 | MODRD/MODWR/MODRW數(shù)據(jù)指令參數(shù)錯(cuò)誤信號(hào) |
M1143 | ASCII/RTU模式選擇，OFF時(shí)為ASCII，ON時(shí)為RTU模式
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表1中的d1120是16位的寄存器，通過程序設(shè)置此寄存器的數(shù)值，以便使plc的通訊協(xié)議與待通訊的從機(jī)協(xié)議一致。d1120中各數(shù)據(jù)位代表的意義如表2所示，使用delta的專用modbus通訊指令時(shí)d1120高8位的數(shù)據(jù)可以不設(shè)置，可以看作全為0。比如我們要用的通訊格式為：7位數(shù)據(jù)長、偶數(shù)、1位停止位（亦即常說的協(xié)議為：7e1），通訊速率為9600，則通過此圖表我們可以知道d1120中的數(shù)據(jù)為：0000 0000 1000 0110，即d1120=h86。這樣在編通訊程序時(shí)把h86寫入d1120，然后set m1120，就設(shè)定好了plc com2口的通訊協(xié)議。
表2：特殊寄存器和特殊繼電器的意義
| 編號(hào) | 意義 |
特 D | D1120 | RS-485通訊協(xié)議設(shè)定 |
D1129 | 通訊逾時(shí)時(shí)間設(shè)定，當(dāng)一筆通訊時(shí)間超過此設(shè)定值將會(huì)出現(xiàn)通訊逾時(shí)錯(cuò)誤 |
特 M | M1120 | 通訊設(shè)置保持，通訊參數(shù)設(shè)置后需在程序中設(shè)置此位ON |
M1122 | 請求通信開始信號(hào)，開始通訊時(shí)需要用程序設(shè)置此位為ON，通訊完成后PLC會(huì)自動(dòng)將此位OFF |
M1129 | 通訊逾時(shí)時(shí)PLC產(chǎn)生的信號(hào)，需編程復(fù)位 |
M1140 | MODRD/MODWR/MODRW數(shù)據(jù)接收錯(cuò)誤信號(hào) |
M1141 | MODRD/MODWR/MODRW數(shù)據(jù)指令參數(shù)錯(cuò)誤信號(hào) |
M1143 | ASCII/RTU模式選擇，OFF時(shí)為ASCII，ON時(shí)為RTU模式
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4.2 進(jìn)行通訊時(shí)變頻器需要設(shè)定的相關(guān)參數(shù)及需要使用的通迅地址
變頻器需要設(shè)定的參數(shù)及說明見圖表3。如果進(jìn)行變頻器的通訊控制時(shí)必需設(shè)定這些參數(shù)，并且設(shè)定值要和plc的d1120值設(shè)置一致。
表3：變頻器參數(shù)設(shè)置表
參數(shù)號(hào) | 設(shè)定值 | 說明 |
01-09 | 0.5s | 此兩個(gè)參數(shù)為加減速時(shí)間，為了實(shí)現(xiàn)快速高效的定位，在保證變頻器不出錯(cuò)的情況下盡量設(shè)小點(diǎn) |
01-10 | 0.3s |
02-00 | 05 | 指定第一頻率指令由RS-485通訊輸入 |
02-01 | 03 | 指定運(yùn)轉(zhuǎn)指令由RS-485通訊操作 |
09-00 | 01 | 變頻器的通訊地址定義為1 |
09-01 | 01 | 通訊傳送速率定義為9600 |
09-04 | 03 | 通訊資料格式定義為8,N,2for RTU
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當(dāng)plc對變頻器通訊進(jìn)行數(shù)據(jù)的寫入和讀出時(shí)，就需要知道變頻器所定義的相關(guān)功能的地址。然后依據(jù)這些地址進(jìn)行數(shù)據(jù)寫入和讀出，才能實(shí)現(xiàn)對變頻器的控制和得到變頻器的當(dāng)前信息。vfd-m系列變頻器定義的本通訊實(shí)例中需用到的字址及其意義如表4所示。根據(jù)此表可以知道，當(dāng)需要變頻器以20hz正向運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，就只需在變頻器通訊相關(guān)的參數(shù)字址2000h寫入：0000 0000 0001 0010，即十六進(jìn)制的h12或十進(jìn)制的k18；在2001h中寫入k2000。
表4：變頻器的通訊參數(shù)字址定義
定義 | 參數(shù)地址 | 功能說明 |
變頻器 待寫入地 址意義 PLC可以通過通訊程序向此位置寫入數(shù)據(jù) | 2000H | Bit0-1 | 00B：無功能 |
01B：停止 |
10B: 啟動(dòng) |
11B：JOG啟動(dòng) |
Bit2-3 | 保留 |
Bit4-5 | 00B：無功能 |
01B：正方向指令 |
10B：反方向指令 |
11B：改變方向指令 |
Bit6-15 | 保留 |
2001H | 頻率命令 例： 當(dāng)希望變頻器輸出頻率為20Hz時(shí)可寫入2000,5Hz時(shí)寫入500，以此類推。 |
此工程中通訊程序段如圖4所示。
4.3 plc和變頻器間的通信線的連接
變頻器通訊接口各腳分布及定義如圖1所示。當(dāng)與plc進(jìn)行rs485通訊時(shí)，僅需使用編號(hào)為3和4的腳，其中3腳和plc的rs485接口的－相連，4腳與rs485口的+相連即可。變頻器接口為rj－11接口，和常用的電話機(jī)的接口是相同的，而plc端是普通接線端子埠，因此通訊線的制作非常簡單，無需用專用接口焊接通訊線。筆者曾用從電話機(jī)上拆下的一段電話線實(shí)現(xiàn)了plc與變頻器間的通訊。
圖1 變頻器rs-485接口各腳定義
5 用modrw指令實(shí)現(xiàn)plc對變頻器的通訊控制
modrw指令是dvp系列plc提供的modbus數(shù)據(jù)讀寫指令，此指令適于dvp全系列plc。因此可以利用低端的es主機(jī)完成與變頻器的通訊控制，實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)的最佳性價(jià)比配合。本通訊實(shí)例就以es系列plc控制vfd-m變頻器，以實(shí)現(xiàn)多段速的調(diào)速操作。
modrw指令格式為：modrw s1 s2 s3 s n。s1為聯(lián)機(jī)裝置的地址，與變頻器通訊時(shí)即為參數(shù)p88的設(shè)置值。s2為通訊功能碼，此指令支持三個(gè)功能碼，即h03(讀取多筆命令)、h06(單筆數(shù)據(jù)寫入命令)、h10(多筆數(shù)據(jù)寫入命令)。s3為欲讀寫的通訊從機(jī)的地址。s為欲讀寫的數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)地址。n是欲讀寫的數(shù)據(jù)長度，es系列plc當(dāng)為ascii 模式時(shí)此值設(shè)定范圍是k1-k8，當(dāng)為rtu模式時(shí)為k1-k16。
本通訊實(shí)例是利用plc對變頻器進(jìn)行多段速調(diào)速控制，以實(shí)現(xiàn)一個(gè)單軸定位操作。其實(shí)現(xiàn)過程是這樣的，自動(dòng)動(dòng)作開始時(shí)，plc以通訊的方式讓變頻器帶動(dòng)電機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)，用plc的高速計(jì)數(shù)器接收機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)的位置信息，然后通過對位置信息的判斷，實(shí)現(xiàn)在接近設(shè)定位置時(shí)變頻器帶動(dòng)電機(jī)減速運(yùn)動(dòng)，直到最后位置到達(dá)時(shí)停止，以實(shí)現(xiàn)定位功能。實(shí)現(xiàn)此功能的plc程序主要分三個(gè)部分，其一是高速計(jì)數(shù)程序及比較輸出，其二是根據(jù)高速計(jì)數(shù)器的比較輸出準(zhǔn)備待通訊的數(shù)據(jù)，其三就是通訊程序。第一部分不是本文討論范圍，第二部分和第三部分的例子程序見圖2、圖3。
圖2 待通訊數(shù)據(jù)寫入程序
圖3 通訊程序
6 用easy plclink功能實(shí)現(xiàn)plc與變頻器的通訊
臺(tái)達(dá)的plc link功能是以modbus通訊協(xié)議為基礎(chǔ)來進(jìn)行數(shù)據(jù)讀寫，其特點(diǎn)是進(jìn)行數(shù)據(jù)讀寫時(shí)不需要特殊應(yīng)用指令，只需用mov指令進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。eh/eh2/sv plc作主站時(shí)支持m1353=on，可啟動(dòng)32臺(tái)link功能及超過16筆讀寫功能；sa/sx/sc主機(jī)僅支持16臺(tái)link功能及16筆讀寫功能。但能控制16臺(tái)主機(jī)的能力就足以應(yīng)付大多簡單控制系統(tǒng)。用plc實(shí)現(xiàn) link功能時(shí)同樣需要讓主從設(shè)備的通訊口的通訊格式設(shè)置一致，所設(shè)置的方法同前文所述。
進(jìn)行plc link讀寫從站數(shù)據(jù)時(shí)，作為主站的plc其它需要設(shè)置的項(xiàng)目如表5所示。
表5 plc link時(shí)需設(shè)置的寄存器
知道上述這些需要設(shè)置的數(shù)據(jù)，就可以編寫plc與從機(jī)間實(shí)現(xiàn)link功能的程序了。本例以sa plc作主機(jī)控制vfd-m變頻器實(shí)現(xiàn)上例所述之多段速控制功能。變頻器的設(shè)置及通訊線的連接和上例相同。
7 結(jié)束語
從兩個(gè)通訊實(shí)例可以看出，臺(tái)達(dá)的plc和變頻器間實(shí)現(xiàn)高性能的通訊控制非常簡單容易，且性價(jià)比極高，值得推廣應(yīng)用。但需要注意的是由于rs485口是半雙工工作模式，因此當(dāng)程序中有多條通訊程序段時(shí)，一定不能出現(xiàn)兩個(gè)或以上的通訊程序同時(shí)被執(zhí)行的情況。
