PLC与变频器的通信控制

【摘要】随着科学技术的发展，变频技术的成熟，变频器作为驱动调速的主要设备，正逐渐取代直流调速设备，发展势头越来越迅猛，在这个过程中PCL对电机实现调速控制具有重大的意义，本文通过日常的通信控制学习和专业知识的积累，对PLC与变频器之间实现通信控制，进行了简介和分析。

【关键词】PLC，变频器，通信控制

中图分类号： TM4 文献标识码： A 文章编号：

一.前言

PLC作为工业自动化控制的主流设备，以控制稳定、数据分析功能强大、通信能力强等特点，广泛地应用到各行各业中，受到广大了自动控制行业的青睐，在垃圾焚烧发电、钢铁冶金及纺织工业等有着广泛的应用。随着控制技术不断发展，基于PLC的变频器控制方法也不断增多，为减少设备干扰，实现安全、稳定控制，对通信控制质量也有了提升要求。

二.PLC与变频器的通信控制优缺点

PLC与变频器电缆连接的控制方式，其优点是抗干扰能力强、传输距离远、硬件简单且成本较低。它的缺点是编程工作量大，实时性不如模拟量控制及时。这种控制方式不但控制变频器的运行和频率变化，而且还能读取变频器的各种状态数据，对变频器进行实时监控和处理。

三.PLC与变频器的控制方法

1.变频器端子控制

端子控制是最早控制方法，经过PLC开关量的信号去控制变频器（变频器已预设三档不同频率的输出），其控制过程为PLC分别输出多个个开关量信号去控制变频器相应功能的接线端口，从而实现对变频器停止、启动及复位，并控制组合变频器高中低速这三个端子，以实现多段速的运行。这种控制方式一般是变频器控制越多，所需要的PLC输入/输出点数就会越多，会加大控制成本，并且这种控制方法是通过开关量进行控制的，无法实现连续平滑线调速，更不能精度调速，通常用在调速精度要求低，变频器数目少及无需反馈信号的控制系统当中。

2.模拟量与通信控制方法

模拟量控制是依靠PLC配置的DA模拟量控制变频器的，通常DA模块一个通道仅能控制变频器一台，其工作流程为：经过DA模拟量的模块把PLC数字量变为4-20mA电流信号或者0-10V的电压信号对变频器进行控制，通过改变PLC数字量，从而改变模拟量输出大小，并实现电机变速，这种模拟量控制方法编程简单，可平滑连续调速，工作性能稳定，但模拟量是运用电压信号来输出的，电缆线控制较长的时候，控制线路很容易出现电压降，对系统安全可靠性产生影响。 通讯控制方法一般是运用RS485接口连接变频器的，它具有抗干扰性好、成本低、速度快及可靠安全等优点，运用这种控制方式，用一根电缆就可完成端子控制与模拟量控制所拥有的全部功能，一般能对8台变频器监视控制，在系统当中安装触摸屏，可有效实现参数的触摸屏写入及读出。

四.通信实现控制

1.利用专用的通信协议实现控制

PLC具有较强大的通信功能，西门子S7-200系列PLC支持多种协议，如:PPI协议、MPI协议等，其中专用于和Ｍ系列变频器通信的USS协议可轻松实现与变频器的控制。以西门子变频器MICROMASTER420为例，利用通信电缆将S7-200系列的PORT0口3脚和8脚与变频器的14、15脚用双绞线连接起来，可在连线时加120欧姆终端电阻，保证通信的质量。通信电缆可以自制，也可以使用西门子公司提供的专用通信电缆。

利用PLC与变频器USS通信指令（必须按照USS协议库），可实现对电机的启动、自由停车、快速停车、更改速度、设置速度、修改变频器参数等功能，在编写好PLC程序后，必须为程序分配库存储区，否则程序编译时会产生错误。变频器的主要控制参数设置P0700=5 、P1000=5、P2010=6、P2011=11、P2012=2、P2013.0=127 P2014.0=0。

2.利用通用的通信协议实现控制

（一）利用自由口协议

S7-200PLC支持自由口协议，在自由口模式下，通信协议完全由用户程序控制，可实现与其他型号的变频器通信，S7-200PLC按照变频器所支持的协议通过使用发送中断、接收中断、发送指令(xmt)和接收指令(rcv)等指令编程相关的通信程序，直接利用通讯口PORT口连接第三方变频器实现通信。使用该方法两者之间的通信可靠，但是程序的编写和通信的调试比较复杂。

（二）利用Modbus协议

MODBUS协议最早由施耐德旗下的Modicon公司于1978年提出，目前已经称为国际标准和国家、行业标准。该协议为典型的串行通讯协议，支持CRC或LRC校验。变频器大多数设备均支持该协议。S7-200PLC的两个通信口0口和1口均支持Modbus RTU 协议，硬件连接时只需要将3和8脚连接到变频器的RS485端口的接收和发送端即可。PLC程序编写直接在编程软件Step7-Micro/WIN32软件指令库中的调用MBUS_CTRL初始化程序,调用MBUS_MSC接收和发送数据，其CRC校验程序也由系统自动生成。

3.通信参数设置

为准确建立通信，需要在变频器当中，设置相关参数，像通信速率、站号、等待时间及奇偶校验等，其参数设定是通过操作面板来实现的。PLC参数设置主要包含数据长度是7位，没有协议通信，停止位是1位，站号设置成00，奇偶校验设置为偶数，传输速率是9.6Kbps，超时的判定时间设置为1，设置参数能运用相应软件来设置，变频器当中的通讯速率及PLC当中的传输速率所设定的应当一致，对于变频器项目及指令代码的设定可按照变频器的说明书内容进行操作，变频器及PLC通信的实现是依靠电缆链接的。

4.通信系统的实现在通信过程里，PLC是主机，而变频器是从机，PLC及变频器间是通过主从方式来通讯的，在一个网络通信当中，仅能存在一台主机，并通过站号来区分从机不同，PLC与变频器间采取半双工双向来通信的，变频器只有接收到PLC主机给出的读写命令之后，方能发送命令。例如：三菱700变频器运行的监视，此时三菱PLC的指令程序为LDM8000-EXTR K10 K0…D0，其中，LDM8000表示监视开始，PLC主机会监视站号0的变频器频率，而EXTR K10是变频器运行的监视指令，站号0的表示为K0，频率代码表示为H6F，D0所表示的是PLC数据寄存器，也就是读取地址。运用功能扩展的存储器来控制通信编程，这种控制方式较为容易掌握，只要熟练掌握PLC编程，就可知晓查表过程，掌握速度快，硬件费用比较低，其传输距离更远，传输速度也更快，不仅速率提高，编程的方法更为简单，变频器连接数量也增多，还可运用CC及DP等现场总线来控制，这种控制方法更为先进可靠，但控制成本要比扩展存储器的通信控制造价要高出许多，在小型自控系统或者学校当中，可不用DP及CC现场总线的控制方法，应用人机界面可对操作人员及控制系统间的对话与信息进行交换，并能代替原来的按钮开关、控制面板与指示灯等设置，还能实现远程监控，并显示信息，准确掌握整个机器状况，防止错误出现。

五.通信控制中需要改进的方面

为了保证PLC与变频器之间的数据通信准确、及时、稳定可靠，必须对它们的硬件和软件进行统一的规定和处理，必须解决数字传输的一系列技术问题。

1.第一要解决的是通信接口

PLC和变频器都必须具备有能够进行通信的硬件电路，然后用导线将它们连接起来进行通信。这种硬件电路称为通信接口。硬件电路的设计标准不同，就形成了各种不同接口标准，如RS232、RS422、RS485等。PLC对变频器进行通信控制，双方的接口标准必须一致。如果不一致，就必须在中间加上接口转换设备，让接口标准编程一致.

2.第二要解决的是通信传输方式

所谓通信传输方式，是指通信双方按照什么规定来进行数字通信，如并行还是串行、同步还是异步、单工还是双工、基带传输还是频带传输、用什么样的传输介质、通信速率是多少，等等，这些技术问题一部分是通过硬件来完成的，另一部分是通过通信设置来完成的。3.第三要解决的是通信控制数据内容的约定，如控制哪个变频器、控制的内容如何表示等。这些问题是由双方对通信的约定——通信协议来解决的。

六.结束语

综上所述，我们对我国现今的通信控制中的PLC与变频器的应用进行了分析探讨，对其实际应用中的优点给予了高度了评价，也阐述了其工作运行的原理。但是，在科学的快速发展下，它们之间还是有着一些问题需要得到迫切了解决，以此来优化通信行业的控制，对PLC与变频器的通信控制发展起着重要重要。

参考文献：

[1]程月.利用MODBUS实现西门子PLC与ABB变频器的通信控制[J].北京:电气时代，2007,(07).

[2]王妍.基于RS485的PLC与变频器通信实现[J].现代机械，2010（4）