EFB0424VHD EFB0424VHD EFB0424VHD 在本系统中，为了实现能源的充分利用和生产的需要，需要对电机进行转速调节，考虑到电机的启动、运行、调速和制动的特性，采用ABB公司变频器，系统中由PLC完成数据的采集和对变频器、电机等设备的控制任务。基于S7 200 PLC的编程软件,采用模块化的程序设计方法，大量采用代码重用，减少软件的开发和维护。利用对PLC软件的设计,实现变频器的参数设置、故障诊断和电机的启动和停止。
关键词：PLC 变频器 变频调速
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随着电力电子技术以及工业自动控制技术的发展，使得交流变频调速系统在工业电机拖动领域得到了广泛应用。另外，由于PLC的功能强大、容易使用、高可靠性，常常被用来作为现场数据的采集和设备的控制。本设计就是利用变频器和PLC实现水池水位的控制。
变频器技术是一门综合性的技术，它建立在控制技术、电子电力技术、微电子技术和计算机技术的基础上。它与传统的交流拖动系统相比，利用变频器对交流电动机进行调速控制，有许多优点，如节电、容易实现对现有电动机的调速控制、可以实现大范围内的高效连续调速控制、实现速度的控制。容易实现电动机的正反转切换，可以进行高额度的起停运转，可以进行电气制动，可以对电动机进行高速驱动。完善的保护功能:变频器保护功能很强，在运行过程中能随时检测到各种故障，并显示故障类别(如电网瞬时电压降低，电网缺相，直流过电压，功率模块过热，电机短路等)，并立即封锁输出电压。这种“自我保护”的功能，不仅保护了变频器，还保护了电机不易损坏。
PLC特点：，可靠性高、抗干扰能力强，平均故障时间为几十万小时。而且PLC采用了许多硬件和软件抗干扰措施。第二，编程简单、使用方便目前大多数PLC采用继电器控制形式的梯形图编程方式，很容易被操作人员接受。一些PLC还根据具体问题设计了如步进梯形指令等，进一步简化了编程。第三，设计安装容易，维护工作量少。第四，适用于恶劣的工业环境，采用封装的方式，适合于各种震动、腐蚀、有毒气体等的应用场合。第五，与外部设备连接方便，采用统一接线方式的可拆装的活动端子排，提供不同的端子功能适合于多种电气规格。第六，功能完善、通用性强、体积小、能耗低、性能价格比高。
在应用PLC系统设计时，应遵循以下的基本原则，才能保证系统工作的稳定。
（1）大限度地满足被控对象的控制要求；
（2）系统结构力求简单；
（3）系统工作要稳定、可靠；
（4）控制系统能方便的进行功能扩展、升级；
（5）人机界面友好。
本系统中，为了实现能源的充分利用和生产的需要，需要对电机进行转速调节，考虑到电机的启动、运行、调速和制动的特性，采用ABB公司的ABB ACS800变频器，系统中由S7-200系列PLC完成数据的采集和对变频器、电机等设备的控制任务。基于S7-200 PLC的编程软件,采用模块化的程序设计方法，大量采用代码重用，减少软件的开发和维护。系统利用对PLC软件的设计,实现变频器的参数设置、故障诊断和电机的启动和停止。
1 本设计的控制要求：
1)系统要求用户能够的直观了解现场设备的工作状态及水位的变化；
2)要求用户能够远程控制变频器的启动和停止；
3)用户可自行设置水位的高低，以控制变频器的起停；
4)变频器及其他设备的故障信息能够及时反映在远程PLC上；
5)具有水位过高、过低报警和提示用户功能；
2 本设计控制结构:
由于现场有一台电机作为被控对象，可以使用单台PLC进行单个对象的控制，只要适当的选用高性能的PLC,完全能够胜任此功能。系统控制结构如图1所示。
PLC采集传感器、监控电机及变频器等有关的各类对象的信息。本系统中，对电机采用一台变频器来进行频率的调节控制。采用PLC输出的模拟量信号作为变频器的控制端输入信号，从而控制电机转速大小，并且向PLC反馈自身的工作状态信号，当发生故障时，能够向PLC发出报警信号。由于变频调速是通过改变电动机定子供电频率以改变同步转速来实现的，故在调速过程中从高速到低速都可以保持有限的转差功率，因此具有高效率、宽范围、高精度的调速性能。
三菱工控产品在各工矿企业的应用非常广泛，虽产品本身质量已有保证，但由于工业现场的情况千变万化，规律不明，设备成套后整个系统运行中难免出现干扰现象。因干扰是相互作用的过程，任何一方对另一方的作用都会造成系统故障。因此它在原理分析和实际解决中很复杂，既要情况判断又需实践经验。据目前用户使用产品过程中较容易发生该问题的来源有：
1 因设备庞大、布置分散而使走线过长、路径欠合理造成接地不良、形成干扰回路、产生线噪声、与相关设备互为影响等。
2 排线时未按强弱电分路原则，即动力、控制、通讯等合为一股。动力方面较易区分，而控制信号内容较多，按不同实际要求对其分类也各异。
3 相关设备与系统的相互影响，一般为电磁干扰，大致有：
a） 变频器、伺服装置等具脉冲发生源的设备
b） 线切割机、电火花加工机等产生脉冲和电弧的设备
c） 照明器具（日光灯）开启阶段的抖动
d） 继电器、接触器释放时的反峰电压
e） 周边设备与系统的部分信号频率相近
一 控制信号的基本分类：
1 开关（数字）型输入
a）干触点---------操作按钮（开关）、行程及限位开关、继电器、接触器辅助触点等。由于PLC输入端导通电流为5-7mA，为保证信号稳定，须使输入端导通时电流维持在3.5和4.5 mA。如果由于接触不良或导线过长则易受干扰。另外较大容量的接触器辅助触点在小电流时应考虑其接触可靠。
b） 接近开关、光电开关、集电极开路型编码器等---------这类元件大都置于现场，与PLC间产生一定的距里，有受干扰的可能，应尽量选用开关性能好的产品。一般在电平的间隔/脉宽比大的情况下较易受干扰。
c） 差动型编码器---------这类形式的传感器较适合长距里、高速度的场合，受干扰机会比前者要少。而集电极开路型会因导线过长衰减输出电平。
2 开关（数字）型输出：
a） 继电器-----------用于驱动接触器、电磁阀、照明灯、电子线路及其它设备。负载电源为DC30V以下和AC240V以下。若是交流负载，为方便排线，这类控制信号在通常情况下可与动力线一齐安置。直流负载下依照其电压等级及所驱动之设备性质视实情而定。
b） 晶体管输出（DC5-30V） Ⅰ 驱动继电器、指示灯、电子线路及其它设备，低电压负载时需考虑干扰因素。 Ⅱ 以电平或脉冲形式驱动变频器、定位装置、电子线路等。建议与动力线保持适当距里，至少30cm。在系统设计时考虑尽量远离可能相互产生影响的装备。
c ） 注意事项-----------PLC输出所接外部负载(接触器、电磁阀)等感性元件,应按交直流性质加接阻容吸收电路或续流二极管。虽三菱PLC推广至今并未因忽略此项工作而引起干扰，但会使其内部的输出元件缩短寿命，并且很容易影响外部的电子设备，效果明显。
3 模拟型输入：
以电压或电流形式接入PLC，一般从各类检测或控制设备（传感器、仪器仪表等）中输出，如它们由于线路过长、使用不当或本身质量等问题则易受干扰进而仿碍系统的运作。尤其小信号时，建议采用电流型输入。
4 模拟型输出：
以电压或电流形式从PLC输出至相关设备，与模拟型输入一样，关注小信号时的可靠性，如长距里时的干扰及衰减现象等。
5 通讯线路：
a） 光缆------------由于脱离电平传输的方式，故能进行高效能、低损耗的信息传递。可不受电磁干扰的影响。
b） 同轴电缆和双绞线-----------均属电气连接，具电平传输的特点。同轴电缆因介质良好、结构精制而传输距里远、速度高、链接站数多、少受干扰，但造价偏高。双绞线在此方面的性能低于前者，但价格经济、排线方便，可自行制作。在系统庞大、空间有限的场合下较为适合（需接终端电阻）。在布置通讯线缆时应尽力做到与动力线、控制线分开而单独行走，保证全系统的通讯畅通，不受干扰。目前尚少发现三菱产品因干扰而因起的通讯异常现象。
由于用户在设备成套时选用三菱产品仅为系统部分，自行配置了一定数量的周边设备，如低压电器、电机、电磁阀、传感器、仪器仪表、电子电路、电脑、各种网络及其它工控产品。其中有些产品或网络并非都具有工业标准或者未经历考验，系统集成后相互间均可能产生影响。因此在系统设计、元件选用、设备就位、安装、接排线、调试、维护等方面都有合理与否的问题，有先天条件限制也有后天人为因素，或刚运行时正常以后随着诸多原因致使环境变化而引起异常。
摘 要：本文介绍了三菱FX系列PLC与正弦变频器之间RS-485通讯控制及数据格式，详细分析了通讯控制调速系统与一般模拟量控制调速系统相比的优越性。并给出了应用实例及其PLC程序设计的思路。
一、 引言
在现代工业控制系统中，PLC和变频器的综合应用为普遍。比较传统的应用一般是使用PLC的输出接点驱动中间继电器来控制变频器的启动、停止或是多段速，采用PLC加D/A 扩展模块控制变频器的频率。采用D/A扩展模块控制变频器的频率时，容易受到模拟量信号的波动和因距离不一致而造成的模拟量信号衰减不一致的影响，使整个系统的工作稳定性和可靠性降低。从经济的角度来考虑，当需要控制多台变频器时，如果采用D/A扩展模块，成本将是使用RS-485通讯的多倍，例如：一块FX2N-2DA（两路模拟量输出模块）价格在1000元以上，而一块FX2N-485BD（FX系列的485通讯板）价格在200元左右。而使用RS-485通讯控制，很容易实现多变频器之间的同步和比例联动运行。该系统具有成本低、信号精度高（可达变频器高分辨率）、传输距离远、抗干扰性强等特点。
二、系统配置
胶辊机械控制系统共使用3台变频器，分别控制行走小车，主轴，挤出机的速度。要求分为自动/手动控制，触摸屏界面为开机界面手动、自动和手动/自动选择四个界面；自动 状态时通过在触摸屏上选择不同的比例来控制3台变频器的频率和起停；手动状态时可以单独操作三台变频器的正反转和频率。
三、系统硬件组成和连接
根据该系统的控制要求，选用以下器件：
1． PLC选用日本三菱公司FX1N-14MR；
2． PLC485通讯扩展板FX1N-485-BD（同变频器作通讯用）；
3． 触摸屏为WEINVIEW MT500 5.7寸256色触摸屏；
4． 触摸屏同的PLC连接电缆；
5． 变频器采用我公司研发的正弦SINE003系列变频器，具有低频转距大，带载
能力强，保护功能完善等特点；
四、通讯协议
正弦变频器内置标准RS-485通讯接口，其通讯协议格式如下表：
发送顺序
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
数
据
包
头
从机地址
从机地址
状态代码
状态代码
命令代码
命令代码
数据地址
数据地址
数据信息
数据信息
数据信息
数据信息
异或校验
异或校验
数据包尾
定义
头
地址区
状态区
命令区
代码区
数据区
校验
尾
发送数据
1
2
2
2
2
4
2
1
表1 发送、接收数据包格式
协议格式解释：
数据包头：02H（数据包头的起始字节）
从机地址：变频器为从机，变频器的本机地址即为PLC通讯的从机地址，由变频器的参数设定（主机为工控计算机或PLC可编程序控制器等）。
状态代码：从机变频器的状态代码。即参数设定状态、运行状态、停车状态、故障状态和 工厂测试状态。
状态代码：主机发送的命令代码，对从机进行相应的操作，如点动、启动、停车、读数据、写数据、清除故障等。。
数据地址：即变频器功能代码的地址（通讯）编号。
数据信息：数据信息的定义，范围： 0-32000。无小数点，如：若功能代码内容为10.00，发送的数据为1000，若为50.0则为500。发送方式：先发高字节，再发低字节，将数据信息双字节的高 4位和低4位拆分并转换为ASCII码，先高后低发送。
异或校验：数据含义：数据帧从机地址至数据信息的异或结果。既第 2字节第3字节异或的结果与，再与第4字节异或，以此类推至第13字节。处理结果：当校验结果小于等于1FH，则校验结果加20H。
数据包尾：03H（数据包的结束字节）
（从机地址、状态代码、状态代码、异或校验的发送方式：将命令代码的高 4位和低4位拆分并转换为ASCII码，先高后低发送）
三菱FX系列PLC与Pro-face的触摸屏联接，PLC原有的编程口被触摸屏占用，又没有使用其它的扩展通讯口，在对PLC编程调试、监控时极不方便，后向其建议临时扩展一个通讯口并自制一根通讯电缆，在不影响触摸屏使用的情况下再调试、监控PLC程序，极大地提高了工作效率。
FX系列PLC除编程口外，还可以选择其它编程口，如FX2N-232-BD、FX1N-232-BD、FX3U-232-BD、FX2N-422-BD、FX1N-422-BD、FX3U-422-BD。
422联接方式：FX系列PLC扩展422通讯板后，可以使用此422接口进行通讯，电缆型号与使用PLC本身地422编程时电缆一样为SC-09。
232联接方式：FX系列PLC扩展232通讯板后，可以使用此232接口进行通讯，电缆需自制或是使用三菱触摸屏编程电缆FX-232CAB-1。
自制232电缆按以下方式制作：电缆两头2、3对接，4、6对接，5相接即可。
