三菱PLC与科姆龙变频器的通讯范例

0 引言

　　科姆龙变频器作为节能、环保的高新技术产品，而被推广并应用。随着KV2000 无感矢量变频器的应用越来越广，用户经常会用到变频器RS485通讯功能，例如变频器与PLC 或其他上位机进行的通讯。作者凭多年的工作实践与经验，对变频器RS485通讯有独特的理解和体会，今天有机会把它整理出来，希望对从事自动化领域，尤其是变频器应用领域的工作者有所帮助。在此特别鸣谢福建泉州的王华安总经理在写作过程中给予的帮助与支持。

1 KV2000变频器RS485介绍

　　1.1 RS485通讯端口参数

　　科姆龙KV2000 无感矢量变频器RS485 通讯端口参数，在通过电脑及其他上位机进行通讯控制时，F093用来指定本变频器的通讯地址、通讯格式和通讯速率，其参数设定格式为F093＝PB.ID

　　其中: P为通讯格式，设定说明见表1；

　　B为通讯速率，设定说明见表2；

　　ID为通讯地址，设定范围为ID＝01～99。

1.2 RS485硬件介面规格

　　变频器与电脑通讯时，可转换为标准的9 pinDsub（公）电脑接头。转换后的定义见表3。RS485转换接口外观见图1。

　　RS485 介面可允许多台变频器的相应信号端子直接并联。

　　1.3 KV2000通讯格式

　　1.3.1 对变频器的命令

　　经由RS485 介面与变频器之间的信息沟通都是ASCII码字串，结尾须加CR 符号（0x0D）。电脑的通讯端口必须定义为7Bit data，Even Parity

　　1）运行控制命令（变频器无回复资料） 命令格式【C，uu，cc，fffff】

　　其中：C为运行控制命令的起始字元。

　　uu 为通讯地址，指定第uu 台接收本字串。uu（ID）可指定为第00～99台。若uu＝00，则所有的变频器都必须接受命令。

　　cc为十进制运行控制命令代码（00～15）。由四个二进制信号组成，设定见表4。

　　fffff为速度设定值。

　　2）参数书写命令（变频器无回复资料） 命令格式【W，uu，nn，ddddd】或【W，uu，nnn，ddddd】其中：

　　W为参数书写命令的起始字元。

　　uu 为通讯地址，指定第uu 台接收本字串。

　　uu（ID）可指定为第00～99台。若uu＝00，则所有的变频器都必须接受命令。

　　nn（n）在通讯格式P＝0 时，参数号码为两位数“nn”，参数号码由00～99。通讯格式P＝1时，参数号码为三位数“nnn”，参数号码由000～099。

　　ddddd为欲写入的参数值，由00000～65 535。

　　3）参数读取命令（变频器将会回复参数值及运行状态） 命令格式【R，uu，nn】或【R，uu，nnn】其中：

　　R为参数读取命令的起始字元。

　　uu 为通讯地址，指定第uu 台接收本字串。uu（ID）可指定为第00～99台。若uu＝00，则所有的变频器都必须接受命令。

　　nn（n）在通讯格式P=0 时，参数号码为两位数“nn”，参数号码由00～99。通讯格式P＝1时，参数号码为三位数“nnn”，参数号码由000～099。

　　1.3.2 变频器回复电脑的信息

　　变频器接到要求的参数读取命令时，立即开始回复该参数及当时的运行资料，回复信息的格式【P，uu，nn，tt，ddddd，s，aaaa】或【P，uu，nnn，tt，ddddd，s，aaaa】其中：

　　P为参数回复信息的起始字元。

　　uu为指出本字串为第uu台的回复信息，由各变频器的参数F093决定本身的通讯地址。

　　nn（n）在通讯格式P＝0 时，参数号码为两位数“nn”，参数号码由00～99。通讯格式P＝1时，参数号码为三位数“nnn”，参数号码由000～099。

　　tt 为回复参数的资料类型（略，详见KV2000 用户使用说明书）。

　　ddddd为回复的参数值（00000～65 535）。

　　s回复变频器的输出状态，包括

　　s=1变频器反转输出中；

　　s＝2变频器正转输出中；

　　s＝3变频器停止；

　　s＝其他值，未定义。

　　aaaa 为回复变频器最近4 次故障记录，（0000～9999）四个数字分别代表最近4 次故障的代码记录，具体为千位数的a 代表现在的故障状况的代码；百位数的a 代表前一次的故障状况的代码；十位数的a 代表前两次的故障状况的代码；个位数的a 代表前三次的故障状况的代码。

　 2 可编程控制器（PLC）简介早期，用导线将各种继电器、接触器及其触点按一定的逻辑关系连接成控制系统，从而实现对各种生产机械的控制，这就是我们所熟悉的传统的继电器接触器控制。由于它简单易懂，使用方便，价格低廉，在一定的范围内能满足控制要求，因而在工业控制领域中得到广泛应用并曾占据主导地位。但是，这种继电器接触器装置采用的是固定接线方式，是一种专用控制装置，一旦生产过程有所变动，就得重新设计线路并连接安装，因此，这种装置的通用性和灵活性较差，不利于产品的迅速更新换代。

　　PLC是在传统的顺序控制器的基础上引入了微电子技术、计算机技术、自动控制技术和通讯技术而形成的一代新型工业控制装置，目的是用来取代继电器控制系统，执行逻辑、记时、计数等顺序控制功能，建立柔性的程序系统。IEC 颁布了对PLC 的定义：可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字的、模拟的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关设备，都应按易于与工业控制系统形成一个整体（如图2 所示），易于扩充其功能的原则设计。PLC 具有通用性强、使用方便、适用面广、可靠性高、抗干扰能力强、编程简单等特点。

3 运用可编程控制器PLC 对变频器的常规控制

　　3.1 PLC接受的变频器输出参数

　　如图3所示，变频器的运行信号，报警输出，频率到达，转速输出，AM 模拟量输出等参数输入到PLC 的输入点和D/A、A/D转换模块。

　　3.2 变频器接受的PLC输出的控制参数

　　1）PLC 输出点控制变频器的运行和停止；

　　2）PLC 输出点控制变频器多段速度运行；

　　3）PLC 输出点控制变频器的故障复位；

　　4）PLC 的D/A或A/D模块输出给定变频器的运行频率。

　　3.3 常规应用方式的缺点

　　1）不能进行内部数据的传递；

　　2）占用了PLC 较多的输入/ 输出点，且还需要添加D/A转换和A/D转换特殊功能模块，这种控制模式极大地增加了变频器的控制成本；

　　3）变频器必须进行繁琐的控制线路的配线（如图3 所示），使得变频器的运行稳定性降低，变频器维护和故障排除变得困难。如果几台变频控制电机要进行同步运行，很明显，这种控制模式就更加难以满足需求。

4 三菱PLC与科姆龙变频器的通讯说明

　　下面介绍如何利用三菱PLC 的RS 指令对KV2000变频器进行通讯控制，具体的RS指令说明请参照三菱公司《FX通讯手册》第九章关于RS指令的介绍。

　　4.1 特殊辅助继电器

　　特殊辅助继电器如表5所列。

　　4.2 特殊数据寄存器

　　特殊数据寄存器如表6所列。

　　4.3 通讯格式（D8120）

　　通讯格式（D8120）如表7所列。

　　通讯格式决定RS 指令和变频器通讯时的通讯设置（数据长度、奇偶校验位和波特率等），根据变频器的通讯设定来设置D8120，设置好D8120 参数后，PLC要断电一次，后再通电，以确保参数写入。

4.4 三菱PLC扩展RS485通讯模块

　　RS485 串行数据通讯接口，在三菱FX2N 系列PLC 上扩展一个RS485通讯模块，型号为FX-485-BD，如图4 所示。三菱PLC 与科姆龙变频器通讯的硬件接线原理图见图5。

5 PLC读取变频器参数程序范例

　　在设计软件方面，首先对变频器通讯环境进行参数设置，包括地址、波特率、奇偶校验等。然后，根据变频器的通讯协议（详见本文第1 节），运用三菱可编程控制器的串行数据通讯RS指令，设计出PLC对变频器实行控制的梯形图程序，如果系统配有触摸屏（人机界面），可将触摸屏的软件设计也纳入对变频器的监控中，限于篇幅的原因，人机界面的内容在这里不再描述。

　　5.1 PLC读取变频器参数的程序

　　设定F093为6.01，表示通讯格式为KV2000通讯格式，参数号码为两位数“nn”；通讯速率19200bit/s，1stopbits，通讯地址是第1台变频器。

　　5.1.1 通讯程序1主要功能解说

　　通讯程序1如图6所示。

结合表7 内容，串行通讯设定为波特率19 200，偶校验，7位数据长度，1位停止位。

　　2）8 位/16位变换标志（M8161） 当M8161 OFF时，16 数据被分为高8 位和低8 位，然后发送或接收。当M8161 ON时，高8位被忽略，只有低8位被视为有效。上述程序设的是8位模式。

　　3）数据传输标志和接收结束标志（M8122 和M8123） M8122是数据传输标志，当发送完成时，此请求自动复位，不要用程序复位此请求。接收完成标志M8123不能在一个连续的程序中复位。

　　5.1.2 通讯程序2主要功能解说通讯程序2如图7所示。

　　RS 指令用RS232 端口选用设备来发送和接收串行数据。在本范例中，它规定了从可编程控制器发送数据的首地址（D50）和点数（D1），还规定了接收数据的存储首地址（D65）和最大可接受的点数（D0）。

　　根据参数读取命令【R，uu，nn】，由十六进制与代码对照表中得知，传送给D50、D51、D52、D53、D54、D55、D56、D57的数据分别是【R，01，60 CR】，如图8所示。则表示PLC读取第1台变频器的F060参数（F060表示变频器输出电压）。

5.2 设定频率和运行方向的程序

　　根据运行控制命令，由十六进制与代码对照表中得知，当程序传送【H43，H2C，H30，H31，H2C，H30，H32，H2C，H30，H34，H30，H30，H30，H0D】时，传送的代码是【C，01，02，04000CR】，如图9 所示，表示第1 台变频器以40 Hz 的频率进行正转运行，程序略。

　　5.3 PLC与变频器RS485通讯的特点

　　1）仅通过一条通讯电缆连接，无须其他外部接线，见图10；

　　2）几乎完成传统应用的所有功能；

　　3）能进行内部的数据通讯，非常方便地从变频器中获取所驱动的电动机各种电参数如：运行频率、电流、电压、功率等，配以人机界面，则直接显示上述电参数；

　　4）通过人机界面或上位机等可对变频器的参数进行设置或修改；

　　5）普通变频器最多32台挂在RS485总线上，而科姆龙变频器则可以实现最多99 台挂在RS485 总线上。实现PLC 对变频器的集散式远程控制（其对多台变频器同步运行控制效果尤为理想）

6 结语

　　应用RS485串行数据通讯总线对变频器实行控制，既能极大地节约成本又能有效地满足控制需求，是一项值得推广的变频器控制技术。