基于CC-Link总线的变频器管理系统

1 引言

　　随着国民经济的发展，越来越多的汽车品牌选择在中国建厂。据不完全统计，中国现有汽车厂家六十几家，主要分布在华东、华南沿海地带。华南地区特别是广州，汇集了日本主要的汽车品牌。中国汽车工业自动化水平不断提高，但与发达国家相比，其自动化水平还有距离。fa产品的使用，是实现中国汽车工业自动化和电气化的关键。汽车制造的主要工艺可分为冲压、焊装、涂装、总装四大车间。冲压车间内，钢板被冲成汽车的各个部分，并运送到焊装车间进行车体焊接，初步成型的车体在涂装车间进行预处理、密封和喷涂，再到总装车间，安装其余的座椅、轮胎等部件。贯穿四大工艺，实施钢板传送、车体运输的就是输送设备。输送设备上使用了大量的变频器，这些变频器分布在车间的各处，而且变频器型号、种类不同，变频器的参数设置项目和内容也往往不同。以往的状况是，需要耗费大量人力物力，进行变频器运行状态监视和变频器的参数管理，到每一台变频器前记录运行参数以及更改状况。一旦出现某个变频器参数设置异常，且不能及时发现并改正，可能影响整个输送设备运行，进而影响正常生产。为了解放劳动力，提高自动化水平，对各个变频器实行总线连接，分散放置，集中管理。同时考虑到变频器的控制特点，引进变频器参数管理系统。利用这套系统，可以在人机界面上查看各个变频器的运行状态，对变频器参数设定管理权限，防止与生产操作无关人员随意改动变频器参数，被更改的参数内容，更改后的数值及标准的参数数值，在人机界面上会以特殊的字体及颜色显示出来，方便管理人员跟踪查看。下面将从系统组成、变频器参数设置、plc程序书写、人机界面画面设计等几个方面进行介绍。

2 变频器参数管理系统硬件设计

　　2.1 plc产品选择

　　q系列plc是采用模块化的结构形式的中大型plc产品，这里使用了具备5个i/o插槽的主基板q35b，用来安装模块，并提供给模块间电力信号和数据信号的传输。

　　q61p，电源模块。输入电源采用100-240伏交流电压，转换为5v/6a直流电，供给各模块。

　　q02hcpu，高性能cpu模块，28k步程序，约合112kb的程序容量，最大8192输入/输出点数，可以满足大规模设备的控制要求。模块本身配置了通用usb接口，可以方便连接电脑，实现cpu同电脑间高速的数据传输。

　　qj61bt11，cc-link总线主站/本地站模块。cc-link采用屏蔽双绞线连接，156kbps到10mbps五种传输速，t形中继器扩展后的距离最大可达13.2km，最多可以连接64个物理节点，包括远程i/o站，远程设备站，智能设备站多种站类型。由于cc-link这些卓越的特点，使得cc-link总线在工厂应用中，起到至关重要的作用。

　　2.2 变频器产品选择

　　高性能通用型变频器a700系列产品具有高水平的运行性能、广泛的使用环境、便利的维护特点及各类简易操作的实用功能。强大的网络通信功能，使a700支持多种通信方式和现场总线。这里选加了a7nc选件卡，从而使变频器可以作为远程设备站，连接到cc-link总线中。一个cc-link主站模块，可以连接最多42个变频器，从而实现各个车间多台变频器的远程控制。

　　2.3人机界面产品选择

　　gt15是三菱1000系列人机界面中的高性能产品，15英寸高亮度、宽视角tft显示设备，65536真色彩显示，使画面的表现力更加丰富；更多高级附加功能，可扩展到存储容量，满足客户设计复杂工程的需求。

　　2.4系统连接

　　将a7nc安装在a740变频器第三个安装口上，用cc-link专用三芯屏蔽电缆，da-da（蓝色线），db-db（白色线），dg-dg（黄色线），sld同fg内部短接，sld连接屏蔽层，fg接地，按照图1的接线方法，连接安装了cc-link选件变频器和cc-link主站模块qj61bt11。在da-db之间，需连接110欧姆、1/2瓦的终端电阻。

　　q系列高性能cpu通过基板上的总线接口，以q总线形式连接人机界面产品gt1575，通过q总线连接，可是实现数据高速传输，连接距离可达13.2米。变频器、人机界面和plc的连接完成示意图如图2所示。

3 相关参数及程序

　　3.1变频器的参数设置

　　设置变频器参数，使变频器按照参数内容，实现用户要求。参数设置可以通过变频器面板，或者变频器操作软件fr-configurator。

　　更改变频器的操作模式，对应79号、340号参数。使变频器可以运行在网络模式下。

　　542号参数，变频器站号设定。一个cc-link网络中，可以连接64个站，因此站号设置范围为1-64，但是，可以连接变频器的个数不能超过42个。按照表1设置以上参数。

　　543号参数，设置通讯速率。设置的通讯速率，同cc-link网络中其他站的速率必须一致。参考表2设置543号参数。本文中，543号参数设置为4，以10mbps的速度传输。

　　设置变频器占用站数，544号参数，cc-link扩展设定。版本不同，变频器可以传输的数据容量不同。根据表3，这里544号参数设置值为1，循环通信时，变频器可以发送32位、4字的信息，接收32位、4字信息。

　　3.2 plc的参数

　　q系列cc-link主/本地站模块，可以采用设置软件gx-developer进行参数设置，使参数设置简单方便。在“gx-developer”双击“参数”-“网络参数”，选择cc-link网络参数，cc-link主/本地站模块进行参数设置。q系列高性能plc可以安装64个cc-link主/本地站模块，使用软件可以对8个模块实施参数设置。对应该系统的参数设置如图3所列。

　　图3中，a——起始地址 ，cc-link主/本地站模块在基板上的地址；

　　b——类型，cc-link主/本地站模块，用作主站或是本地站；

　　c——模式，选择使用cc-link版本1还是cc-link版本2；

　　d——连接的从站个数。根据连接物理站的数目设置。这里只连接一个变频器；

　　e——远程输入/远程输出，使用循环传输把位数据送到各个站，把存储该信息的区域用rx和ry表示。在主站中，输入数据为rx，输出数据为ry；

　　f——远程读/远程写，使用循环传输把字数据送到各个站，把存储该信息的区域用rwr和rww表示。在主站中，输入数据为rwr，输出数据为rww；

　　g——特殊继电器、特殊寄存器的刷新。用于存储cc-link网络连接状态的位信息、字信息。

　　3.3人机界面的设计

　　利用三菱人机界面设计软件gt-designer2 进行gt1575的画面设计。

　　利用变频器输出信号（见表4），在画面上配置位开关，对主站模块的输出信号进行操作，通过循环传输，将主站模块输出信号的状态传送给变频器，从而实现对变频器的远程控制。例如ryn0刷新到cpu的y1010，因此，对y1010置位，就可以实现变频器正转。部分画面见图4。

　　变频器传送给主站的状态信号，在主站模块侧用rx接收，rx刷新到cpu的x1000，因此在画面上配置位指示灯，显示x1000的状态，就可以显示变频器的运行状态，见表5。例如，x1002代表运转，在画面上直接配置x1002的指示灯，可以显示变频器是否在运转。利用x1000和x1001的互锁电路，输出的线圈状态，可用于显示变频器的正/反转。图5给出了部分监视用程序和画面。

　　利用读寄存器rwr，输入变频器的状态信息，在人机界面上，配置各种仪表，可以直观表现变频器的转速、电流等。

　　利用写寄存器rww，输出变频器的命令信息，通过网络模式更改变频器的参数。在人机界面上，配置了如图7的参数设置表格，在表格里可以看到，参数的号码、单位、初始值、现在值、设定值等，其中“初始值”，表示变频器的出厂设置，“设定值”表示设备商根据生产工艺提供的标准值，“现在值”表示变频器当前运行的参数。“现在值”和“设定值”之间存在比较关系，当两者相等时，“现在值”以红色字体显示，当两者不相同时，“现在值”以绿色加粗字体表示，提醒有人修改了参数。两者的比较，即字体的变换，在人机界面中，采用对象脚本编程实现。

　　在人机界面上还配置了辅助的操作。cc-link网络中连接多个变频器时，在一个人机界面中，通过站号更改，可以切换控制每站的变频器；登陆功能，限制画面修改的权利，没有得到授权，则只能监视变频器的运行状态、运行信息，而不能修改；参数误修改后，通过“设定值”复制到“现在值”，可以批量还原参数；更改工艺时，可以将“现在值”复制到“设定值”作为新的设定标准。

4 结束语

　　可视化的人机界面取代了以往的操作面板，具有显示文字信息、图像信息以及触摸输入等功能；cc-link总线，可以远程连接多种设备类型，采用总线的连接方式，提高了数据传输速度、减少了接线成本和人工成本；a700系列变频器支持的多种网络功能，实现了变频器分散放置、集中管理。用人机界面、qplc、变频器组成的操作系统，在汽车生产中有着重要作用，得到汽车输送设备制造商的肯定，并表示在某汽车厂新的输送线上，会采用该系统。