三菱变频器及西门子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simenz s7-300 plc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（multipoint interface）。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
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step 7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。
profibus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(parameter process object)。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2 profibus-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。
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。
4 plc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。