三菱变频器与西门子PLC通讯的实现

三菱变频器与西门子PLC通讯的实现变频器由于其应用简便和性能可靠，已成为工业传动装置中首选的电机控制器，现代变频器采用微计算机数字控制技术构成，并提供了标准的工业通讯接口和内置协议（如profibus、cclink等），为变频器的远程监控提供了必要的基础。profibus-dp做为现场总线profibus标准中一种，是一种高速（数据传输率为9.6kb/s～12mb/s）、经济、可靠的现场级网络，已经在工业控制得到了广泛的应用。本文以三菱公司的fr-a740变频器为基础，研究了simenzs7-300plc与fr-a740在profibus-dp网络中通讯的实现，它在笔者所参与的胎面挤出生产线中得到了实践论证。为后续建立变频器的集中监控打下了基础。2基于profibus-dp控制系统结构的构建fr-a740与profibus-dp网络的连接是通过安装a7np通讯卡来实现的，其典型配置如图1所示，我们可以把系统分为三层结构，分别为监控层、控制层、执行层。ipc作为监控层，采用mcgs组态软件，用于对系统进行监控，plc做为控制层，它作为工控机与变频器之间的桥梁，一方面，它对变频器进行控制，另一方面将生产线上信息（如变频器的速度、报警等）传达给工控机，其中ipc与plc采用mpi（multipointinterface）。变频器作为执行层，将plc下达的指令执行，实现对电机的控制。图1基于profibus-dp控制系统结构图3变频器数据通讯的实现3.1参数设置在进行设备通讯之前，必须对变频器的相关参数进行设置，首先在a7np卡上设置网络节点地址，必须要与step7硬件组态中设置的地址完全一致，这个设置主要通过a7np上sw3，sw1两个旋钮开关来调节的，另外其他主要参数设置如表1所示，它们是在fr-a740的操作面板设置的。3.2profibus通讯协议对于调速驱动装置，根据变速驱动行规，在周期型通道中传输的数据结构被定义为参数过程数据对象pp0(parameterprocessobject)。这个通道经常被称为标准通道，其中包含有用的用户数据。可用的数据结构分为两个部分且能用报文分别传送：过程通道pzd部分、参数通道pkw部分，具体的协议报文结构如图2所示。图2profibus-dp报文中有效的数据结构变速驱动行规对ppo的结构、长度作了更具体的规定，常用的参数过程数据对象ppo一共有5种类型，按照可用数据有无参数通道及过程通道的数据字的多少来划分：(1)可用数据有数据区而无参数区，有两字或六个字的过程数据，如ppo3和pp04。(2)可用数据有参数区和数据区，且有两个字、六个字或是个字的过程数据，如ppo1、ppo2、ppo5。常用的ppo类型如表2所示。选用那种类型的pp0，取决于在硬件组态中的设置。过程数据在传动系统中总是以最高优先级进行传送和处理，它主要传送传动装置的状态信息和控制信息。参数数据运行存取传动系统的所有参数。因而，它能够在不影响过程数据传输性能的情况下，从上一级系统调用参数值、诊断值、故障信号等。pkw区说明参数数值（pkw）的数据接口处理方式。pkw接口并非物理意义的接口，而是一种通讯机理。这一机理确定了参数在两个通讯伙伴之间(如plc和变频器之间)的传输方式。pkw参数区一般包含4个字。前两个字（pke和ind）的信息是关于主站请求任务（任务识别标记id）和从站应答响应（应答识别标记id）的报文。pkw的后两个字（pwe1和pwe2）用来读写具体的参数数值。pkw参数通道的第一个字是参数标识符pke。位0到10（pnu）包括所请求的参数号，它决定所要执行的参数读写任务访问的是数组参数中的哪一个元素。位11（spm）是用来参数变更报告的触发位。位12到位15（ak）包括任务标识id和应答标识id.pkw参数通道的第二个字变址ind的位12到15位是参数号pnu的扩展页号，它和参数标识符基本参数号pnu共同产生完整的传动装置参数号。变址ind的0到7位为带数组的参数寻址提供数组下标，决定访问数组参数的哪一个元素。第三和第四字为参数数值（pwe）。参数值总是以双字来传送，在ppo报文中，一次只能传送一个参数值，由pwe1(高位字)和pwe2（低位字）共同组成一个32位参数数值。当用pwe2传送一个16位参数值，必须在dp主站中设置高位字pwe1为零。利用pkw参数通道修改驱动装置参数必须遵守以下规则：（1）一个任务或一个应答仅能涉及一个参数。（2）主站必须重复地发送任务报文直到从从站那里得到相应的应答报文。主站通过对应答识别id、参数号、变址下标和参数值的处理识别任务的应答。（3）完成的任务必须送出一个报文，对于应答也一样。（4）在应答报文中重复的实际值总是当前的最新值。（5）如果在周期工作中不需要pkw参数通道的信息而只需要pzd过程通道的信息，则任务id被发布为“无任务(用0表示)”。过程通道pzd区是为监测和控制调速驱动装置而设计的，在dp主站和从站中收到的pzd报文总是以最高的优先级处理，即处理pzd过程通道的优先级高于处理参数通道pkw的优先级，而且pzd过程通道总是传送调速驱动装置上当前最新的有效数据。通常dp主站给传动装置的任务报文中，第一个pzd字为控制字，第二个字为主设定值；传动装置给dp主站的响应报文中，第一个pzd字为状态字，第二个字为主实际值。本文中fr-a740采用pp03的数据传输结构，即使用过程通道（pzd）控制和监测变频器的工作，而没有使用参数通道（pkw）修改变频器的内部参数。pp03的数据结构如表3所示。主站给fr-a740的pzd任务报文的第一个字pzd1是变频器的控制字(stw)，其每一位的含义如表4所示。对于变频器收到的控制字，其中位10必须设置为1。如果位10是0，变频器将以从前的控制方式继续工作。主站给变频器的pzd任务报文的第二个字pzd2字是变频器的主设定值（hsw）,即主频率设定值，以十六进制发送，最小单位是0.01hz。变频器给主站的pzd应答报文的第一个pzd字是变频器的状态字（zsw）,其每一位的含义如表5所示。pzd应答报文的第二个字是主要的运行参数实际值（hiw）。通常，把它定义为变频器的实际输出频率。4plc程序的编写在编写变频器通讯程序时，首先应该读取变频器的状态字，判断变频器是否准备就绪，如果没有就绪则判断是否存在故障，若有故障要判断故障的类型，给出相关的故障提示信息。然后根据操作指令组装控制字，设定主频率值，同时实时读取从站的应答报文，完成运行状态的在线显示。其程序结构框图如图3所示。图3变频器通讯程序流程图plc作为总线主站读pzd应答报文是通过调用s7系统功能sfc14(dprd_dat)来实现，sfc14用于从一个标准的profibus-dp从站读取一串连续的数值，读取数值的长度取决于cpu的类型，它有三个形式参数：dp从站的读数据区的首地址、存放数据变量的首地址、存放错误代码的地址。若能正确读取数据，错误代码返回0000(hex);若读取出错，错误代码为非零值。同理，写pzd报文是通过调用系统功能sfc15(dpwr_dat)来实现的，它也有三个入口参数：dp从站写数据区的首地址、存放待写入数据变量的首地址、存放错误代码的地址。若正确写人，错误代码返回0000（hex）;若写入出错，错误代码为非零值。以下是部分程序代码。calldprd_dat//调用sfc14读取pzd应答报文laddr:=#addres_iw//dp从站读数据区的首地址ret_val:=#error_code_i-n//存储错误代码的返回变量record:=#bpq_in//存放应答报文的首地址lw#16#fl#bpq_in.state_pzd[1]//pzd1字aw//判断变频器是否就绪jnnr//没有准备就绪clr=#fault//清内部故障标志位l#control_word1tbpq_out.control_pzd[1]//写从站固定控制字spee:l#speed_iwtbpq_out.control_pzd[2]//写主频率给给定数值calldpwr_dat//调用sfc15写pzd任务报文laddr:=#addres_qw//dp从站写数据区的首地址record:=#bpq_out//存放任务报文的首地址ret_val:=#error_code_-out//存储错误代码的返回变量nopcalldprd_dat//调用sfc14读取pzd应答报文laddr:=#addres_iwret_val:=#error_code_inrecord:=#bpq_inl#bpq_in.state_pzd[2]t#actual_speed//读取主频率实际运行值juendnr:lw#16#8l#bpq_in.state_pzd[1]//pzd1字aw//判断变频器是否有故障jzendset=#fault//添加判断错误和故障的代码，并将相应的错误类型写入存储区end:be4结束语本文讨论了fr-a740在profib-us-dp网络中通讯的实现方法，该方法已经在作者的项目中通过调试，实际运行表明设备通讯控制良好、可靠。