PLC可編程控制器與變頻器的RS-485通訊分析

一、前言
在PLC 與變頻器的綜合應用中，比較傳統的應用一般是使用PLC的硬接點輸出控制變頻器的運行及停止，使用多段速度或D/A輸出控制變頻器的轉速變化，在這種應用方式中，PLC與變頻器通過外部接線完成連接，不能進行內部數據的傳遞；而使用RS-485通訊控制，僅通過一條通訊電纜連接，無須其他外部接線，不但能完成傳統應用的所有功能，還能進行內部的數據通訊，可方便地從變頻器中獲取所驅動的電動機各種電參數如：運行頻率、電流、電壓、功率等等，配以人機界面的話，可將上述電參數直接顯示在人機界面上。以下的所有協議及程序均以三菱FX2N系列PLC可編程控制器和三菱變頻器為例說明。

二、計算機（PLC可編程控制器）與變頻器的編程協議
1．通訊協議
計算機（PLC可編程控制器）與變頻器之間的數據通訊執行過程如.
數據通訊協議執行過程分五個步驟進行，具體過程分析如下：
1）從計算機（PLC可編程控制器）發送數據到變頻器；數據寫入時根據需要，選擇使用格式A、A1，數據讀出時，使用格式B進行；
2）變頻器數據處理時間，即變頻器的等待時間；根據變頻器參數Pr。123選擇， Pr。123=9999，由通訊數據設定其等待時間；Pr。123=0~150ms由變頻器參數設定其等待時間；
3）從變頻器返回數據到計算機（PLC可編程控制器）；變頻器檢查步驟1）發送的數據有無錯誤，如果通訊沒有錯誤、接受請求時，將從變頻器返回數據格式為C、E、E1；如果通訊有錯誤、拒絕請求時，則從變頻器返回數據格式為D、F；
4）計算機（PLC可編程控制器）處理延時時間；
5）計算機（PLC可編程控制器）根據返回數據應答變頻器；當使用格式B后，計算機可檢查從變頻器返回的應答數據有無錯誤，并通知變頻器，沒有發現錯誤使用格式G，發現錯誤使用格式H。
2．數據格式類型
使用十六進制，數據在計算機（PLC可編程控制器）與變頻器之間的自動使用ASCII碼傳輸。
1）從計算機（PLC可編程控制器）到變頻器的通訊請求數據 注：1.變頻器站號可用十六進制在H00~H1F（站號00~31）之間設定；
2．*3 表示控制代碼；
3．*4表示CR（回車符）或LF（換行符）代碼；
當數據從計算機（PLC可編程控制器）傳輸到變頻器時，在有些計算機中代碼CR（回車符）和LF（換行符）自動設置到數據組的結尾，因此變頻器的設置也必須根據計算機來確認，并且可通過變頻器的Pr.124選擇有無CR和LF代碼。
4．*5 Pr.123  [響應時間設定] 不設定為9999的場合下，數據格式的"響應時間"字節沒有，請作成通訊請求數據。（字符數減少一個）
2）使用格式A和格式A1后從變頻器返回的應答數據 
3）使用格式B后，從變頻器返回的應答數據

4）使用格式B后檢查從變頻器返回的應答數據有無錯誤，并通知變頻器

3．數據定義
1） 控制代碼（表1）
2） 變頻器站號
規定與計算機（PLC可編程控制器）通訊的站號，在H00~H1F（00~31）之間設定；
3） 指令代碼
由計算機（PLC可編程控制器）發給變頻器，指明程序要求（例如：運行、監示）；因此，通過響應的指令代碼，變頻器可進行各種方式的運行和監示。
4）數據
表示與變頻器傳輸的數據，例如頻率和參數；依照指令代碼確認數據的定義和設定范圍。
5）等待時間
規定變頻器收到從計算機（PLC可編程控制器）來的數據和傳輸應答數據之間的等待時間；根據計算機的響應時間在0~150毫秒之間設定等待時間，zui小設定單位位10毫秒，（例如：1=10毫秒，2=20毫秒）

注：Pr.123 [響應時間設定] 不設定為9999的場合下，數據格式的"響應時間"字節沒有，請作成通訊請求數據。（字符數減少一個）
6）總和校驗
總和校驗代碼是由被校驗的ASCII碼數據的總和（二進制）的zui低一個字節（8位）表示的2個ASCII碼數字（十六進制）。
4．PLC串行數據通訊指令簡介
1）該RS指令為使用RS－232C及RS－485功能擴展板及特殊適配器，進行發送接收串行數據的指令，數據的格式可以通過特殊數據寄存器D8120設定，并要與變頻器的數據格式類型*對應；通過PLC傳送指令把通訊數據裝到D200開始的連續單元中；
2）D200：發送數據的首地址（指針）；
3）D0：發送數據的字節數（點數），根據協議可以用常數直接字節數，在不進行發送的系統中，將數據發送點數設定為K0；
4）D500：接收數據的首地址（指針）；

5）D1：數據接收的字節數（點數），根據協議可以用常數直接字節數，在不進行接收的系統中，將數據接收點數設定為K0；
6）發送通訊數據時請使用脈沖執行方式，SET  M8122 即可。
5．PLC可編程控制器的通訊格式D8120
為了使用串行數據的發送和接收，在變頻器和PLC可編程控制器的通訊格式必須一致，PLC可編程控制器的通訊參數通過D8120來設定。
PLC可編程控制器的通信格式D8120=H009F設定例（表2）
6．程序設計的建議
1）當從計算機（PLC可編程控制器）發送的數據中有錯誤時，變頻器將不接受這個數據；因此，用戶的程序中始終應插入一個錯誤再試程序。
2）任何數據通訊的開始都是由計算機發出請求，沒有計算機的請求，變頻器將不能返回任何數據，例如：操作指令或數據監示等等；因此，對于監示等，在設計程序時，讓計算機提出讀數請求時必要的。
7．與變頻器通訊的錯誤代碼
當從計算機發來的數據有錯誤時，變頻器將不接受此數據；如果變頻器在接收數據時發現任何錯誤，它的定義和NAK代碼一起被送回到計算機。

三、變頻器的通訊相關參數（通過變頻器PU口和PLC通訊）
PLC可編程控制器和變頻器之間進行通訊，通訊規格必須在變頻器的初始化中設定，如果沒有進行初始設定或有一個錯誤的設定，數據將不能進行傳輸。
設置三菱變頻器的通訊參數才能進行通訊運行，變頻器與通信有關的參數設定如表3：
注：每次參數初始化設定后，需要復位變頻器（可以采用斷電再上電復位的方式進行），如果改變與通訊相關的參數后，變頻器沒有復位，通訊將不能進行。

四、FX2N-485-BD與三菱FR-A540變頻器的通訊接線 
RJ45水晶頭插入變頻器的PU接口（也可通過變頻器通訊板FR-A5NR接線），另一端的對應信號線接在FX2N-485-BD上。

五、PLC與變頻器通訊的編程及調試例解
1）運行控制命令的發送
變頻器的操作指令代碼及數據內容如表4：
在PLC程序中，變頻器等待時間使用變頻器參數設定為20ms，故格式A1中等待時間字節減少一個，由于本程序不使用 CR和LF，zui后一個字節也不用，故本PLC程序例中發送數據為9個字節。
格式A1中各字節含義如下：
*字節為通訊請求信號ENQ，對應程序為  MOV  H05  D200 ；
第二、第三字節為變頻器00號站，對應程序為  MOV  H30  D201  MOV  H30  D202 ；
第四、第五字節為指令代碼HFA，對應程序為  MOV  H46  D203  MOV  H41  D204 ；
第六、第七字節為指令代碼為：正轉運行H02，對應程序為  MOV  H30  D205  MOV  H32  D206 ；
第八、第九字節為總和校驗代碼，對應程序為  MOV  H34  D207  MOV  H39  D208 ；
當按下X0時，通訊數據被發送到變頻器，變頻器將正轉運行；
如要進行變頻器停止及反轉運行程序編程，可在上面的范例程序中修改指令代碼中數據內容即可實現，例如：范例中的程序修改為  MOV  H30  D205    MOV  H34  D206  可實現反轉運行；修改為 MOV  H30  D205    MOV  H30  D206  實現停止（圖九）；
說明：M8161=1，8位處理模式，X0為變頻器正轉運行控制，使用變頻器通訊協議的格式A1如圖十：
2）總和校驗碼的自動計算實例
在本例中，數據處理為8位即M8161=1，Pr。123=9999，即等待時間用PLC程序設定；將H05-H30－H31－H45－H31－H31－H30－H37－H41－H44分別用傳送指令傳到D300開始的連續10個PLC的內存單元中，其總和校驗碼可用CCD指令自動計算出來，通過PLC程序再將總和校驗碼轉換成2個ASCII碼，并送到PLC的對應內存單元D310，D311中，計算總和校驗碼PLC程序如
本例的變頻器等待時間由變頻器設定，故上述格式中的等待時間字節無。
3）變頻器運行頻率的改變實例
在本例中，數據處理為8位即M8161=1，Pr。123=9999，即等待時間用PLC程序設定；通過觸摸屏將變頻器的運行頻率直接寫到PLC內存D1000中（或使用傳送指令將頻率數據自動寫入），ASCI指令將變頻器的運行頻率轉換成4位ASCII碼，依次存放到PLC的內存單元D305~D308中，總和校驗碼存放在D309、D310；總和校驗計算請參照上一例的自動計算方式進行。
 

六、結論
本文討論了PLC可編程控制器與變頻器的RS-485通訊功能的編程及應用，將一些廠家原本提供的資料以比較通俗易懂的語言來描述，并結合自己多年來的工作實踐，提供了用于通訊控制的PLC的程序及變頻器的調試參數。

參考文獻
1．三菱微型可編程控制器FX1S,FX1N,FX2N,FX2NC系列編程手冊    2001年4月
2．三菱變頻調速器FR-A500使用手冊                           1998年2月