AB PLC三菱變頻器通訊的實現

摘 要:構建了由人機界面HMI、PLC、變頻器組成的基于DeviceNet現場總線的控制系統，詳細分析了變頻器通訊前的參數設置及DeviceNet的通訊協議，并給出了梯形圖程序

關鍵詞:交流變頻器 PLCDeviceNet HMIFR-E740通訊協議

中圖分類號:TP368.1文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2011)06(a)-0126-02

1 引言

變頻器由于其應用簡便及性能可靠，且實現調速、節能的先進電機控制器，為工業及其他領域的首選的電機控制器，現代變頻器采用微型計算機數字控制技術構成，并提供了標準的工業通訊接口，內置協議（例如PROFIBUS、CCLINK、DEVICENET等），為變頻器的遠程監控提供了必要的基礎。

DeviceNet現場總線是世界一流的自動化控制和信息解決方案供應商——美國羅克韋爾自動化（Rockwell Autmation）公司推出的最優秀的工業控制網絡技術——NetLinx的底層網絡。DeviceNet具有開放、低價、可靠、高效的優點，特別適合于高實時性要求工業現場的底層控制。

DeviceNet現已成為國際標準IEC62026-3(2000-07)低壓開關設備和控制設備——控制器-設備接口，也已被列為歐洲標準EN50325。DeviceNet進入我國比較晚，2002年被批準為中國國家標準GB/T18858.3-2002，作為現場總線技術在我國推廣與應用，已經在汽車及造紙行業得到了廣泛的應用。本文以三菱公司的FR-E740為基礎，研究了AB PLC與FR-E740在DeviceNet網絡中通訊的實現，它在筆者主持的汽車沖壓生產車間廢料輸送線得到了實踐論證。

2 基于DeviceNet控制系統結構的構建

FR-E740與DeviceNet的網絡的連接是通過FR-A7ND通訊卡來實現的。我們把系統分為三層結構:HMI監控層、PLC控制層、執行層（變頻器）。HMI作為監控層使用RSView Studio組態軟件用于對系統進行監控，PLC作為控制層，它作為上位機與變頻器之間數據傳送的橋梁，一方面對變頻器進行控制，一方面對生產線上變頻器及其他數據信息（如報警，變頻器速度）傳送給HMI進行監控，其中HMI與PLC之間用以太網高速連接，變頻器作為執行層接受PLC指令對電機進行控制。

如圖1所示。

3 變頻器數據通訊的實現

(1)參數設置。在進行設備通訊之前必須對變頻器相關參數進行設置，首先在FR-A7ND卡上設置網絡地址，必須與PLC RSNetWorx網絡設置地址完全一致，這個設置主要通過FR-A7ND卡中SW2、SW1兩個旋鈕開關調節，另外其他參數設設置如表1它們可以通過FR-E740操作面板或在DeviceNet網絡上設置。(2)CAN DeviceNet通訊協議。DeviceNet協議最初有美國的Rockwell自動化公司開發應用。目前有ODVA(Open DeviceNet Vendor Association)組織管理和推廣。它是一個開放式的協議，只要付出象征性的資金獲得ODVA的一個許可號碼，就可以得到協議的詳細內容。DeviceNet采用NetLinx核心技術CIP協議作為CAN的應用層，提供NetLinx數據通訊服務，專門面向工業自動化用戶設計，屬于CIP(Control and Information Protoco1)網絡的范疇，CIP網絡有下列特點:?(1)報文的傳輸類型有I/O、互索、配置、程序上下載等;(2)它是一個面向連接的協議，必須要先建立，才能通信;(3)采用生產者/消費者模型;(4)可以支持主從，多主，對等，或者三種模式的任意組合;(5)面向對象編程等特點。DeviceNet以CIP協議為基礎，沿用了CAN 協議標準所規定的ISO參考模型中物理層和數據鏈路層的一部分，并補充了不同的報文的傳送格式，總線訪問仲裁規則及故障檢測和隔離的發法。DeviceNet增加了傳輸介質的協議規范，每個網段最大只允許有64個節點，采用干線支線進行網絡拓撲;5線制總線結構(2信號線，2電源線，1屏蔽線)，總線支持125/250/500 kb/s三種波特率，最大傳輸距離為500m，DeviceNet使用5線制，可以對網絡上的節點進行總線供電。又由于它采用5線制，在實際的應用中接錯的可能性更大，所以要求節點能夠承受由于任意的5條線誤接而產生的電壓。所以在這個原因下，要求在實際的應用中的收發器一定要符合DeviceNet規范的規約中，僅要求收發器能承受2條信號線的誤接線產生的電壓。DeviceNet要有節點的接地和隔離，即任一設備必須要有隔離柵，以及節點的誤接線保護電路。吞吐量是衡量網絡性能最為合適的指標，DeviceNet優異的吞吐性能應該歸功于較小的網絡開支和較小的數據分組，DeviceNet數據分組大小被限制在8字節的短幀格式，特別適合應用于底成本、簡單設備聯網要求，進行快速、高效的數據傳送。較長的報文先進行分幀，組成若干數據包再傳送，這種方式對于組態參數或者其他不經常出現，但是長度可能較大的報文傳送特別重要。DeviceNet協議引入了對象（Object）的概念來描述每個設備的外部特征，并將這些對象按類（Class）劃分為標識對象、報文路由對象、DeviceNet對象、組合對象、連接對象、應用對象等。每個類中有若干個對象，這些對象被稱為實例（Instance），一個類中的對象都有一個相同的屬性（Attribute）集，屬性范圍0-255。服務（Service）是對象提供的一種特定功能，如讀（Get_ Attribute_Single)、寫（Set_ Attribute_Single)操作等，這種面向對象的方式，設計DeviceNet總線產品時要將設備特征對象化，就是把設備所有參數對應轉化為類、實例、屬性的概念，用組合對象（Class=0x04）將設備的多路I/O數據組成一個I/O數據報文，可以將實時的I/O數據的路徑（類-實例-屬性）寫入屬性構成I/O數據包，通過I/O報文方式傳送到網絡上，面向對象的方式相當于將設備的所有信息組成一個數據庫通過類-實例-屬性的索引方式將不同廠商的產品變成對用戶開放的設備。本文FR-E740，符合ODVA協議，通過I/O輸入、輸出各4個字節數據長度，進行數據交換，控制字中前2個字節是一些控制位，如:啟動、停止、復位等命令，后2個字節是變頻器速度的設定參考值，同樣狀態字中前2個字節是狀態位，如:變頻器準備好、正轉、反轉、故障、達速等信號，后2個字節是速度的反饋值。變頻器的控制字與狀態字具體定義如表2、表3所示。

4 PLC程序的編寫

在編寫變頻器通訊程序時，首先要讀取變頻器的狀態字，判斷變頻器是否準備就緒，如果沒有就緒判斷是否有故障，若有故障，需判斷故障類型，給出故障的相關信息。然后根據操作指令組裝控制字，設定主頻率值，同時實時讀取從站的應答報文，完成運行狀態的在線顯示。首先，在PLC編程軟件 RSLogix5000中 Controller（控制器作用域）生成預定義標簽。標簽名稱遵循以下格式:Location:SlotNumber:Type.MemberName.SubMemberName.Bit位置(本地或遠程):槽號:類型.成員名稱.子成員名稱.位。在此，我們需要了解變頻器FR-E740映射在掃描儀SDN輸入字和輸出字的含義。如表4所示:(1)接下來，需要創建一個新的標簽。右鍵單擊Controller Tags（控制器標簽），在彈出的菜單中選擇New Tag…（新建標簽）。在對話框中輸入名稱CW，數據類型INT[2]，標簽類型為Base（基本型），范圍為控制器，顯示類型為Decimal（十進制）。同理，繼續創建標簽SW。(2)創建控制器范圍內的標簽，如表5所示。

5 結語

本文討論了三菱變頻器FR-E740在DeviceNet網絡中通訊的實現方法，該方法已經筆者的項目中通過了調試，目前正在運行中，實際運行表明設備通訊控制良好，穩定、可靠。

參考文獻

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