基于三菱FX3GE的自動化煉膠輸送線控制系統RS-485通信的應用

趙尊梅，陸永高，梁帥，丁建華，吳雙麗，楊曉

(1.青島海瑯特種裝備科技有限公司，山東 青島 266400;2.青島雙星輪胎工業有限公司，山東 青島 266400)

1 系統結構

1.1 PLC簡介

該設備的電控系統采用三菱FX3GE集成型CPU，配備FX2N系列IO擴展模塊，實現整機自動控制。FX3GE繼承了FX3G的強大功能外，更加豐富了其內置功能，新增內置2通道模擬量輸入，新增內置1通道模擬量輸出，新增內置以太網通信接口，支持10BASE-T/100BASE-TX高速通信，可支持觸摸屏的通訊，實現整機人機互通。FX3GE外形如圖1所示。

圖1 FX3GE外形圖

1.2 PLC系統組態

FX3GE目前主要是24點和40點集成機型。在本項目的控制系統中選用的是40點集成機型的CPU，型號為FX3GE40MT/DSS，配合FX2N系列的擴展IO模塊，其中CPU本體的2路模擬量輸入，配合兩個紅外測傳感器，可實現對排膠溫度的實時監控。CPU本體的供電能力和擴展單元FX2N-48ET-DSS的帶載能力，可實現整套控制系統88點輸入、40點輸出和兩模擬量輸入的IO配置的通訊和模塊供電。通過三菱電機官方網站的在線選型功能，對FX系列PLC系統組態掛接測試，可以滿足CPU控制點數和帶載供電能力，具體如圖2所示。

圖2 在線選型組態

1.3 控制系統組態

三菱FX3GE是將多種實用功能凝聚一身的一體式可編程控制器，除了強大的內置功能外，還具有豐富的擴展選項，可兼容FX3G/FX3U的各種擴展適配器及特殊功能模塊。本系統通過增加FX3G-485-BD擴展卡，利用三菱FR-E740系列變頻器標配的RJ45接口，采用RS485通訊連接方式，實現驅動控制和速度的設定、讀取和實時監控等功能。FX3GE采用RS485通訊方式，最多可拖帶8臺變頻器，此項目中拖帶5臺變頻器，網絡結構圖如圖3所示。

圖3 網絡結構圖

2 通訊的實現

2.1 硬件接線簡介

（1）對于各通訊端口的接線順序，此處采用屏蔽雙絞網線為例：

FX3GE中以太網口與觸摸屏RJ45接口的通訊接線順序為：橙白，橙、綠白、藍、藍白、綠、棕白、棕；

FX3G-485-BD擴展卡的接線定義為：SG（橙白）、SDA（綠白）、RDB（藍）、RDA（藍白）、SDB（綠）；

變頻器中RJ45接口的接線順序為：橙白（SG）、綠白（RDA）、藍（SDB）、藍白(SDA)、綠（RDB）。

通過以上三處的通訊位置的接線，實現硬件通訊聯通，具體線色與八針接頭1～8號針腳的具體對應關系，如表1所示。

表1 接線順序定義

變頻器串接通訊接線，采用4對屏蔽雙絞線，1對接線要求進行串連連接；終端電阻在FX3G-485-BD擴展卡中的終端電阻撥碼，選擇110歐姆檔，變頻器串接端的終端電阻，采用110歐姆（棕色、棕色、棕色、精度色）外置電阻連接，接線示意如圖4所示。

（2）外圍接線完成以后，進行對變頻器的參數配置，如下設定：

Pr.17：MRS輸入選擇，4——外部端子：常閉輸入（b接點輸入規格）；通訊：常開（a接點）輸入。

圖4 通訊線接線示意圖

Pr.79：運行模式選擇，0——外部/PU切換模式，通過PU/EXT鍵可以切換PU與外部運行模式，接通電源時為外部運行模式。

Pr.117：PU通訊站號，一臺控制器連接多臺變頻器時，需要設定站號，站號范圍0-31。

Pr.118：PU通訊速率，96——設定值*100即為通訊速率，對應的傳輸距離為9600。

Pr.119：PU通訊停止位長，10——停止位長1bit；數據位長7bit.

Pr.120：PU通訊奇偶校驗，2——偶校驗。

Pr.122：PU通訊校驗（斷電檢測）時間間隔，4——無通訊狀態超過容許時間0.4s以上時，變頻器將跳閘。

Pr.123：PU通訊等待時間設定，9999——用通訊數據進行設定。

Pr.124：PU通訊有無CR/LF選擇，1——有CR。

Pr.340：通訊啟動模式選擇，1——網絡運行模式。

Pr.549：協議選擇，0——三菱變頻器（計算機鏈接）協議。

2.2 PLC參數設置

硬件參數及接線連接完成后，此項目采用編程軟件GX WORKS2對程序進行編程。首先，新建一個工程，PLC系列選擇FXCPU，PLC類型選擇FX3G/FX3GC，工程類型選擇結構化工程，程序語言選擇結構化梯形圖/FBD；工程創建完成后，在“工程”＞“參數”＞“PLC參數”＞“PLC系統（2）”中，對CPU通訊端口進行參數設置。因FX3GE中內置了以太網通訊端口，在此項目中，在“PLC參數”＞“以太網端口設置”中，已經將CH1設置為以太網端口，所以增加的FX3G-485-BD通訊板，設定為端口CH2，在通訊設置中，勾選通訊設置復選框，各參數設定如下：

協議：選擇“無順序通訊”；

數據長度：選擇“7bit”，與變頻器設定一致；

奇偶校驗：選擇“偶數”，與變頻器設定一致；

孵化器的空置率不均衡，2017年上半年個別孵化器如松山湖創新科技園空置率高達95%，中科創新廣場空置率高達77.7%，這是值得關注和解決的問題。一方面說明他們對加入孵化器企業的標準高，另一方面也要注意適當對招商引資策略和方向進行調整。

停止位：選擇“1bit”，與變頻器設定一致；

傳送速度：選擇“9600”，與變頻器設定一致；

H/W類型：選擇“RS-485”；

傳送控制步驟：選擇“格式4（有CR,LF）”，與變頻器設定一致；

站號設置：00H；

超時判定時間：10 ms。

具體程序設置，如圖5所示：

圖5 通訊參數設置

2.3 程序實現

（1）創建變頻器結構體

在新建的工程樹中，找到“程序部件”＞“結構體”＞“新建數據”中，新建變頻器功能數據，包含變頻器的報警狀態、報警代碼、變頻使能、變頻輸出狀態、變頻器復位、變頻器啟動、變頻器站號、正轉命令、反轉命令、設定頻率*0.01 HZ、輸出頻率、通訊完成、通訊錯誤、命令錯誤、命令錯誤代碼、Modbus解碼等參數。標簽具體標簽名和數據類型設置，如圖6所示。

圖6 變頻器功能數據表

（2）創建通訊功能塊

在新建的工程樹中，找到“程序部件”＞“FB管理”＞“新建數據”中，新建通訊功能數據，選擇數據類型為FB，對新建數據進行命名，默認程序語言為梯形圖。根據通訊功能塊中用到的不同類型的變量，在新建FB數據中的“局部標簽”中，創建編程所需的標簽表，標簽表中對具體標簽名對應的具體數據分類和數據類型進行設定，標簽的具體設定如圖7所示。

圖7 變頻器通訊功能數據表

（3）創建全局變量表

標簽設置完成后，在“工程”＞“全局標簽”中，新建“全局變量表”，對標簽對應的軟元件進行設置,其中部分標簽的具體設定如圖8所示。

圖8 全局變量表

（4）程序實現

FX可編程控制的通信設定方法有兩種：一種是使用編程工具指定參數；一種是在順控程序中指定；兩種方法同時設定的時候，參數設定的內容優先。不同的FX系列的可編程控制，對通訊方法的設定不同，對于FX3G系列，僅支持通道1和通道2的設定。通道2可進行計算機鏈接、RS通信、變頻器通信、程序通信的設定，所以，此工程中我們選擇采用第一種方法的通道2進行變頻通信設定，當可編程控制器上電時，已經完成設定的內容會自動傳送，從那時開始設定生效。

編程中用到的軟元件：

M8029——指令執行結束；變頻器通信指令結束時，維持一個運行周期為ON，即使當變頻器通信錯誤為ON，只要指令執行結束，也會置ON。

M8156——變頻通信中；與變頻器進行通信中時置ON。

M8157——變頻器通信錯誤；與變頻器之間的通信錯誤時置ON的標志位（從STOP切換到RUN時清除）。

以上軟元件，均為變頻器讀出專用，在程序中，作為觸點使用。

讀出的變頻器指令代碼

指定的變頻器的指令代碼及其功能如下表所示。圖9中未記載的指令代碼，有可能發生通信錯誤，請勿使用。

圖9 讀出指令代碼表

寫入變頻器的指令代碼

變頻器E740中的寫入指令代碼，如圖10所示。

圖10 寫入指令代碼表

a.參數寫入

IVDR——變頻器的運行控制，是通過可編程控制器，將變頻器運行所需要的控制值寫入到變頻器的指令，在指令中指定站號的變頻器的計算機鏈接運行中規定的【指令代碼】，然后將S3中指定的數值寫入到變頻器的指定項目中。

首先，確定變頻器狀態，若變頻器允許參數寫入狀態、通信正常的情況下，在變頻器進行復位時，在指定站號變頻器的指令代碼HFD，通過2通道在變頻器中寫入H9696（通過可編程控制器通訊后，變頻器復位采用H9696,不采用H9966）；在指定站號變頻器的指令代碼HFB，通過2通道寫入在變頻器中H0（H0：網絡運行模式；H1：外部運行模式；H2：PU運行模式）；檢測到程序執行完成代碼，復位參數寫入狀態，代碼如圖11所示。

其次，根據上述指令使用方法，在指定站號變頻器指令代碼HED，通過2通道，將變頻器結構體定義的“設定頻率”軟元件值寫入到變頻器中，具體程序代碼如圖12所示。

最后，對于變頻器的指令運行HFA，進行的寫入，需要分成不同的情況。HFA的寫入內容由8位二進制數組成，每一位代表不同的含義，例如K0：停止，K2：正轉；K4：反轉等，本項目關于這個參數寫入的程序代碼如圖13所示：

b.參數的讀取

IVCK——變頻器的運行監視，是在可編程控制器中讀出變頻器的運行狀態的指令，在指令中指定站號的變頻器的計算機鏈接運行中規定的【指令代碼】，并將變頻器的數值讀出到S2中。

圖11 復位及運行模式程序段

圖12 頻率設置程序段

圖13 變頻器運行程序段

程序中，先確定變頻器狀態，若變頻器處于使能狀態，對指定站號變頻器的H79，通過2通道讀取到變頻器結構體中定義的“輸出狀態”軟元件；對指定站號變頻器的H6F，通過2通道讀取到變頻器結構體中定義的“輸出頻率”軟元件；檢測到程序執行完成代碼，復位參數寫入狀態。具體程序代碼如圖14所示。

圖14 變頻器闕云太監控程序段

通過上述硬件連接和軟件編程編譯無錯誤后，將程序下載到CPU中，通過現場調試，

可實現PLC與變頻器間的通訊，進行變頻器速度設定、讀取和通訊狀態診斷、報警等功能。

3 結論

（1）通過FX3GE配FX3G-485-BD擴展卡，可實現與三菱FR-E740系列變頻器自帶RJ45接口的RS-485通信功能。

（2）因需通信的設備安裝位置比較集中，所以使用10BASE-T四組屏蔽雙絞線，通信狀態穩定。在與五臺變頻器通信中，利用FX3G與變頻器通信IVDR、IVCK指令進行通信信息寫入、讀取等功能，運行穩定。