基于三菱FX3GE的自動(dòng)化煉膠輸送線控制系統(tǒng)RS-485通信的應(yīng)用

趙尊梅，陸永高，梁帥，丁建華，吳雙麗，楊曉

(1.青島?，樚胤N裝備科技有限公司，山東 青島 266400;2.青島雙星輪胎工業(yè)有限公司，山東 青島 266400)

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

1.1 PLC簡介

該設(shè)備的電控系統(tǒng)采用三菱FX3GE集成型CPU，配備FX2N系列IO擴(kuò)展模塊，實(shí)現(xiàn)整機(jī)自動(dòng)控制。FX3GE繼承了FX3G的強(qiáng)大功能外，更加豐富了其內(nèi)置功能，新增內(nèi)置2通道模擬量輸入，新增內(nèi)置1通道模擬量輸出，新增內(nèi)置以太網(wǎng)通信接口，支持10BASE-T/100BASE-TX高速通信，可支持觸摸屏的通訊，實(shí)現(xiàn)整機(jī)人機(jī)互通。FX3GE外形如圖1所示。

圖1 FX3GE外形圖

1.2 PLC系統(tǒng)組態(tài)

FX3GE目前主要是24點(diǎn)和40點(diǎn)集成機(jī)型。在本項(xiàng)目的控制系統(tǒng)中選用的是40點(diǎn)集成機(jī)型的CPU，型號為FX3GE40MT/DSS，配合FX2N系列的擴(kuò)展IO模塊，其中CPU本體的2路模擬量輸入，配合兩個(gè)紅外測傳感器，可實(shí)現(xiàn)對排膠溫度的實(shí)時(shí)監(jiān)控。CPU本體的供電能力和擴(kuò)展單元FX2N-48ET-DSS的帶載能力，可實(shí)現(xiàn)整套控制系統(tǒng)88點(diǎn)輸入、40點(diǎn)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(jī)官方網(wǎng)站的在線選型功能，對FX系列PLC系統(tǒng)組態(tài)掛接測試，可以滿足CPU控制點(diǎn)數(shù)和帶載供電能力，具體如圖2所示。

圖2 在線選型組態(tài)

1.3 控制系統(tǒng)組態(tài)

三菱FX3GE是將多種實(shí)用功能凝聚一身的一體式可編程控制器，除了強(qiáng)大的內(nèi)置功能外，還具有豐富的擴(kuò)展選項(xiàng)，可兼容FX3G/FX3U的各種擴(kuò)展適配器及特殊功能模塊。本系統(tǒng)通過增加FX3G-485-BD擴(kuò)展卡，利用三菱FR-E740系列變頻器標(biāo)配的RJ45接口，采用RS485通訊連接方式，實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)控制和速度的設(shè)定、讀取和實(shí)時(shí)監(jiān)控等功能。FX3GE采用RS485通訊方式，最多可拖帶8臺變頻器，此項(xiàng)目中拖帶5臺變頻器，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖如圖3所示。

圖3 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

2 通訊的實(shí)現(xiàn)

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(wǎng)線為例：

FX3GE中以太網(wǎng)口與觸摸屏RJ45接口的通訊接線順序?yàn)椋撼劝?，橙、綠白、藍(lán)、藍(lán)白、綠、棕白、棕；

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

變頻器中RJ45接口的接線順序?yàn)椋撼劝祝⊿G）、綠白（RDA）、藍(lán)（SDB）、藍(lán)白(SDA)、綠（RDB）。

通過以上三處的通訊位置的接線，實(shí)現(xiàn)硬件通訊聯(lián)通，具體線色與八針接頭1～8號針腳的具體對應(yīng)關(guān)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(jìn)行串連連接；終端電阻在FX3G-485-BD擴(kuò)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(jìn)行對變頻器的參數(shù)配置，如下設(shè)定：

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

圖4 通訊線接線示意圖

Pr.79：運(yùn)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(yùn)行模式，接通電源時(shí)為外部運(yùn)行模式。

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

Pr.118：PU通訊速率，96——設(shè)定值*100即為通訊速率，對應(yīng)的傳輸距離為9600。

Pr.119：PU通訊停止位長，10——停止位長1bit；數(shù)據(jù)位長7bit.

Pr.120：PU通訊奇偶校驗(yàn)，2——偶校驗(yàn)。

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

Pr.123：PU通訊等待時(shí)間設(shè)定，9999——用通訊數(shù)據(jù)進(jìn)行設(shè)定。

Pr.124：PU通訊有無CR/LF選擇，1——有CR。

Pr.340：通訊啟動(dòng)模式選擇，1——網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行模式。

Pr.549：協(xié)議選擇，0——三菱變頻器（計(jì)算機(jī)鏈接）協(xié)議。

2.2 PLC參數(shù)設(shè)置

硬件參數(shù)及接線連接完成后，此項(xiàng)目采用編程軟件GX WORKS2對程序進(jìn)行編程。首先，新建一個(gè)工程，PLC系列選擇FXCPU，PLC類型選擇FX3G/FX3GC，工程類型選擇結(jié)構(gòu)化工程，程序語言選擇結(jié)構(gòu)化梯形圖/FBD；工程創(chuàng)建完成后，在“工程”＞“參數(shù)”＞“PLC參數(shù)”＞“PLC系統(tǒng)（2）”中，對CPU通訊端口進(jìn)行參數(shù)設(shè)置。因FX3GE中內(nèi)置了以太網(wǎng)通訊端口，在此項(xiàng)目中，在“PLC參數(shù)”＞“以太網(wǎng)端口設(shè)置”中，已經(jīng)將CH1設(shè)置為以太網(wǎng)端口，所以增加的FX3G-485-BD通訊板，設(shè)定為端口CH2，在通訊設(shè)置中，勾選通訊設(shè)置復(fù)選框，各參數(shù)設(shè)定如下：

協(xié)議：選擇“無順序通訊”；

數(shù)據(jù)長度：選擇“7bit”，與變頻器設(shè)定一致；

奇偶校驗(yàn)：選擇“偶數(shù)”，與變頻器設(shè)定一致；

孵化器的空置率不均衡，2017年上半年個(gè)別孵化器如松山湖創(chuàng)新科技園空置率高達(dá)95%，中科創(chuàng)新廣場空置率高達(dá)77.7%，這是值得關(guān)注和解決的問題。一方面說明他們對加入孵化器企業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)高，另一方面也要注意適當(dāng)對招商引資策略和方向進(jìn)行調(diào)整。

停止位：選擇“1bit”，與變頻器設(shè)定一致；

傳送速度：選擇“9600”，與變頻器設(shè)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(shè)定一致；

站號設(shè)置：00H；

超時(shí)判定時(shí)間：10 ms。

具體程序設(shè)置，如圖5所示：

圖5 通訊參數(shù)設(shè)置

2.3 程序?qū)崿F(xiàn)

（1）創(chuàng)建變頻器結(jié)構(gòu)體

在新建的工程樹中，找到“程序部件”＞“結(jié)構(gòu)體”＞“新建數(shù)據(jù)”中，新建變頻器功能數(shù)據(jù)，包含變頻器的報(bào)警狀態(tài)、報(bào)警代碼、變頻使能、變頻輸出狀態(tài)、變頻器復(fù)位、變頻器啟動(dòng)、變頻器站號、正轉(zhuǎn)命令、反轉(zhuǎn)命令、設(shè)定頻率*0.01 HZ、輸出頻率、通訊完成、通訊錯(cuò)誤、命令錯(cuò)誤、命令錯(cuò)誤代碼、Modbus解碼等參數(shù)。標(biāo)簽具體標(biāo)簽名和數(shù)據(jù)類型設(shè)置，如圖6所示。

圖6 變頻器功能數(shù)據(jù)表

（2）創(chuàng)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(shù)據(jù)”中，新建通訊功能數(shù)據(jù)，選擇數(shù)據(jù)類型為FB，對新建數(shù)據(jù)進(jìn)行命名，默認(rèn)程序語言為梯形圖。根據(jù)通訊功能塊中用到的不同類型的變量，在新建FB數(shù)據(jù)中的“局部標(biāo)簽”中，創(chuàng)建編程所需的標(biāo)簽表，標(biāo)簽表中對具體標(biāo)簽名對應(yīng)的具體數(shù)據(jù)分類和數(shù)據(jù)類型進(jìn)行設(shè)定，標(biāo)簽的具體設(shè)定如圖7所示。

圖7 變頻器通訊功能數(shù)據(jù)表

（3）創(chuàng)建全局變量表

標(biāo)簽設(shè)置完成后，在“工程”＞“全局標(biāo)簽”中，新建“全局變量表”，對標(biāo)簽對應(yīng)的軟元件進(jìn)行設(shè)置,其中部分標(biāo)簽的具體設(shè)定如圖8所示。

圖8 全局變量表

（4）程序?qū)崿F(xiàn)

FX可編程控制的通信設(shè)定方法有兩種：一種是使用編程工具指定參數(shù)；一種是在順控程序中指定；兩種方法同時(shí)設(shè)定的時(shí)候，參數(shù)設(shè)定的內(nèi)容優(yōu)先。不同的FX系列的可編程控制，對通訊方法的設(shè)定不同，對于FX3G系列，僅支持通道1和通道2的設(shè)定。通道2可進(jìn)行計(jì)算機(jī)鏈接、RS通信、變頻器通信、程序通信的設(shè)定，所以，此工程中我們選擇采用第一種方法的通道2進(jìn)行變頻通信設(shè)定，當(dāng)可編程控制器上電時(shí)，已經(jīng)完成設(shè)定的內(nèi)容會(huì)自動(dòng)傳送，從那時(shí)開始設(shè)定生效。

編程中用到的軟元件：

M8029——指令執(zhí)行結(jié)束；變頻器通信指令結(jié)束時(shí)，維持一個(gè)運(yùn)行周期為ON，即使當(dāng)變頻器通信錯(cuò)誤為ON，只要指令執(zhí)行結(jié)束，也會(huì)置ON。

M8156——變頻通信中；與變頻器進(jìn)行通信中時(shí)置ON。

M8157——變頻器通信錯(cuò)誤；與變頻器之間的通信錯(cuò)誤時(shí)置ON的標(biāo)志位（從STOP切換到RUN時(shí)清除）。

以上軟元件，均為變頻器讀出專用，在程序中，作為觸點(diǎn)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(fā)生通信錯(cuò)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(shù)寫入

IVDR——變頻器的運(yùn)行控制，是通過可編程控制器，將變頻器運(yùn)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(jì)算機(jī)鏈接運(yùn)行中規(guī)定的【指令代碼】，然后將S3中指定的數(shù)值寫入到變頻器的指定項(xiàng)目中。

首先，確定變頻器狀態(tài)，若變頻器允許參數(shù)寫入狀態(tài)、通信正常的情況下，在變頻器進(jìn)行復(fù)位時(shí)，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(fù)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(wǎng)絡(luò)運(yùn)行模式；H1：外部運(yùn)行模式；H2：PU運(yùn)行模式）；檢測到程序執(zhí)行完成代碼，復(fù)位參數(shù)寫入狀態(tài)，代碼如圖11所示。

其次，根據(jù)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(jié)構(gòu)體定義的“設(shè)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(yùn)行HFA，進(jìn)行的寫入，需要分成不同的情況。HFA的寫入內(nèi)容由8位二進(jìn)制數(shù)組成，每一位代表不同的含義，例如K0：停止，K2：正轉(zhuǎn)；K4：反轉(zhuǎn)等，本項(xiàng)目關(guān)于這個(gè)參數(shù)寫入的程序代碼如圖13所示：

b.參數(shù)的讀取

IVCK——變頻器的運(yùn)行監(jiān)視，是在可編程控制器中讀出變頻器的運(yùn)行狀態(tài)的指令，在指令中指定站號的變頻器的計(jì)算機(jī)鏈接運(yùn)行中規(guī)定的【指令代碼】，并將變頻器的數(shù)值讀出到S2中。

圖11 復(fù)位及運(yùn)行模式程序段

圖12 頻率設(shè)置程序段

圖13 變頻器運(yùn)行程序段

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

圖14 變頻器闕云太監(jiān)控程序段

通過上述硬件連接和軟件編程編譯無錯(cuò)誤后，將程序下載到CPU中，通過現(xiàn)場調(diào)試，

可實(shí)現(xiàn)PLC與變頻器間的通訊，進(jìn)行變頻器速度設(shè)定、讀取和通訊狀態(tài)診斷、報(bào)警等功能。

3 結(jié)論

（1）通過FX3GE配FX3G-485-BD擴(kuò)展卡，可實(shí)現(xiàn)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(shè)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(tài)穩(wěn)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(jìn)行通信信息寫入、讀取等功能，運(yùn)行穩(wěn)定。