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用RS485网络实现PLC与TD3000变频器多机控制
更新时间:2020-07-25 发布:www.gz-htsb.cn

摘要:本文介绍了经由过程三菱PLC作为主站与多台艾默生公司的TD3000矢量变频器用RS485串行通讯组成的高精度变频器调速控制、监控系统。具体叙述了系统的硬件组成,PLC与变频器之间的通讯原理和通讯协议,说明了该网络控制调速系统与一般模拟量控制调速系统相比的优越性,给出了系统框图及和PLC系统的软件实现方式。
关头词:PLC变频调速器多机电控制RS485网络通讯协议实时监控
1、引言  近年来,交流调速的成长十分迅速,打破了曩昔直流拖动在调速领域中的统治地位,交流调速拖动已进进了与直流拖动相媲美、相抗衡的时代。今朝,变频器调速控制系统已普遍运用于机械、冶金、化工等各个行业。作为变频调速系统中的控制焦点部门的变频器,最初是以单台形式工作的,可以经由过程变频器的控制面板或端子进行运行参数的设置,启动或遏制变频器运行,读取各类变频器运行数据等等。而现在各类年夜中型自动化生产线则要求由多台变频器组成的同步控制系统、比例控制系统等复杂的控制,而且要相互协调,形成接连生产线的调速控制系统。以比例控制系统为例,一般的系统组成如图1所示。    图1 是传统的比例控制的基本结构  工作时操作人员经由过程控制PLC设定运行参数,然后经由过程D/A转换模块发出(0~10VDC或4~20mA)旌旗灯号控制变频器的速度指令,使各个变频器驱动机电按给定的速度运转。此方案对机电数目不多,机电散布比力集中的运用系统较合适。但对于年夜规模自动化生产线,一方面机电数目较多,另外一方面机电散布距离较远。采用此控制方案时由于速度指令旌旗灯号在长距离传输中的衰减和容易受外界的干扰,使整个系统的稳定性和靠得住性下降,同时年夜量D/A转换模块使系统成本增加等问题。由于年夜大都变频都有RS485通讯接口,用于系统设置装备摆设和监控。作为低成本的毗连方案,采用基于RS485通讯接口对变频器进行控制,无疑是具有吸引力的选择。为此我们采用了PLC与变频器组成RS485多分支通讯控制网络。该系统特点是成本较低、旌旗灯号传输距离远、抗干扰能力强,尤其适合远距离,多机电控制系统。  本文是连系我公司在钢绳生产线上采用PLC经由过程RS485接口使用变频器专用通讯协议对两台艾默生公司的TD3000矢量变频器进行控制,极年夜地削减了线路毗连的复杂性。实现多机散布传念头制的PLC集中监测和控制新系统,着重介绍了艾默生公司的TD3000系列变频器实时在线通讯技术的实现。  2、工艺要求和系统工作原理  钢绳生产线上涂塑机控制系统主要由两台机电拖动:主机电15KW,追随机电1.5KW,要求追随机电按工艺的要求可以切确的按比例追随主机电运行。启动遏制要求同步才能保证合适正常的生产要求。系统结构以下图所示。    图2 涂塑机系统硬件结构  制品钢绳经过追随机电驱动的涂塑机构,在高温下涂上一层塑料,经过降温冷却后,由主机电牵引收卷制品。其机械结构虽然简单。但电气控制要求高,追随机电要很是切确的追随主机电运行才能保证制品及格。  3、电气传动系统组成  我们凭据该装备工艺的技术要求采用了全新的传动控制系统,整个控制系统主要由以下几部门组成。哄骗变频器自带的RS485接口,与三菱PLC的FX2N-485BD模块进行通讯控制变频器。再经由过程触摸屏来监控和操作,可以直观的显示各类参数及故障。便于操作与维修,而且系统的抗干扰能力强,传输距离远,靠得住性强,配线简单整洁。系统结构如图3所示,    图3钢绳涂塑机控制系统结构图  电气系统硬件结构如图3所示,主要由下列组件组成;  1)触摸屏(HMI)为整个系统的操作设置显示单元。在HMI上可以经由过程分歧画面将PLC内部数据、输进(I)输出(O)状态、各个动作进程,和全机故障查询、工艺参数等逐一显示出来,实时监控全机的工作状态,除显示功能外,还可以凭据现场的情况,经由过程HMI设置和修改PLC内部的一些需要用户设定的参数。人机界面上直接观察到变频器的工作状态,对变频器进行监控。    2)FX2N—32MR为PLC基本单元,执行系统及用户软件,是系统的焦点。  3)FX2N—485BD为FX2N系统PLC的通讯适配器,该模块的主要作用是PLC通讯系统中作为主站发给变频器信息,我们在分析其结构的根蒂根基上,将其作为RS485通讯主站使用,完成变频调速器各类控制旌旗灯号的发送,参数监控及故障报警等。  4)TD3000矢量变频器自带RS485接口的通讯单元,合适RS—485通讯规范,用于实现PLC与多台变频调速器的连网。经由过程该单元能够在网络上实现变频调速器的运行控制(如启动、遏制、运行频率设定)、参数设定和状态监控等功能,是变频器的网络接口,在工业现场,RS485是运用较多的一种通讯。  5)TD3000矢量变频器(带编码器PG闭环反馈)有用避免因负载的变化而引发的机电转速的变化,由于两台机电变频调速都采用编码器PG闭环反馈。是以该系统特征较强,随负载变化小,外界干扰对系统速度基本没有影响。保证追随频率的精度。  4、TD3000矢量变频器比例跟踪系统工作原理  牵引机电和追随机电均采用矢量闭环变频无级调速,旋转模追随机电凭据工艺要求按一定的比例(设置计较公式)切确同步追随牵引机电速度。牵引机电的速度由操作员凭据需要在HMI上设置,也能够在HMI上微调牵引的速度,同时输进“牵引比”,“机械传动的速比”,“钢绳的直径”等参数,由HMI传送到PLC后,经过计较,采用通讯的方式启动牵引机电和追随机电按计较的速度运行。以下图    图5比例跟踪系统工作原理  5、TD3000矢量变频器与PLC的通讯原理及协议  变频器与PLC的通讯通讯是双向进行的,是以收发双方同时都具有收发装备。但双方可共用一个传输前言,也可各自拥有零丁的传输前言。传输系统和交换系总共同组成一个完整的通讯系统,直至组成复杂的通讯网络。而这个简单的系统也基本上包括通讯方面的一些基本技术:  编码技术、传输技术。本系统TD3000矢量变频器通用变频器接进RS485总线采用“单主多从”PLC控制网。以下图    图6单主机多从机PLC控制网  TD3000矢量变频器采用两线制的RS485接口协议作为现场监控和调试协议。它以主从方式组成工业监控网站,在网络内有一个主站,1-31个从站,各站点由唯一的标识码识别。这样上位机便能经由过程RS485通讯线,对挂在上面的变频器进行控制操作。TD3000矢量变频器采用主机“轮询”,从机“应对”方式。其通讯方式为RS-485,波特率最高可达125Kbps;数据花式为:1位肇端位,8位数据位,1位奇偶效验位,1位遏制位。变频器接收控制的通讯协议以下:    肇端字节:02H  从机地址:范围2~126  功能码操作饬令/响应字:范围0~15,功能码组号 功能码号功能码组号范围0~16(BIT8~BIT11),功能码的范围0~99(BIT0~BIT7),遵循先发高字节,再发低字节的原则。  功能码设定/现实值:变频器参数设置,修改范围见参数表。  控制字/状态字:控制变频器的启动/遏制,反映变频器的运行状态,故障报警等。  主设定值/运行数据现实值:运行数据设定值由用户凭据控制要求来设定,经由过程设定功能码的形式来实现。内容包括:运行设定频率、设定转速、设定线速度、闭环设定等等。运行数据现实值是由设定值来决议。例如:现实运行频率、现实转速等等。当状态字反映出运行故障时,现实值将为故障代号。  帧校验:帧校验方式为异或校验法,计较方式为本帧数据字节的接连异或成效。  将变频器的通讯数据花式,波特率,和通讯地址设置好,例如以50Hz运行2#变频器。需要将变频器频率设定成F0.03=6肇端字节从机地址饬令字功能码号设定高位设定低位控制高位控制低位主设定高位主设定低位校验码020200000000047F1388E2  由通讯可以控制变频器的起/停、故障检测、故障复位、速度和转向控制,由PLC经由过程RS485接口完成。  6、控制系统中变频器与PLC通讯控制软件设计  由于系统生产工艺其实不复杂,所以若何实现PLC与变频器之间的通讯是整个设计的重点、难点。要实现对变频器的通讯控制,要求PLC进行通讯编程,经由过程法式实现PLC与变频器信息交换的控制。要求注重以下几点:  1)通讯法式由通讯口初始化、运行、遏制、速度设定等部门组成,主机握手期待时间,从机最长响应时间8ms,超时则判定为通讯失败,轮询RS485网络内的每个从站,主站必需定期轮询,包括无应对时,应呼叫三次,保证能实时发现从站的通讯故障。从站在一按时间距离后若未接收到任何报文则认为发生断线故障,随落后进故障平安状态。  2)PLC法式应完成FX2N—485BD通讯适配器的初始化、控制饬令字的组合、代码转换及变频器应对信息的处置等工作。在该系统1:2多分支通讯网络中,每一个变频器为一个子站,每一个子站均有一个站号,事前由参数设定单元设定。具体参数以下:功能码名称设定范围设定值(15KW)设定值(1.5KW)备注F0.02控制方式0~211闭环方式F0.03频率设定方式0~966通讯设定F0.05运行方式选择0~222通讯控制F2.01起动频率0~10Hz00出厂为1F3.00ASR比例增益0~63.96PF3.01ASR积分时间0~32s0.80.7IF9.00波特率选择0~6339600BPSF9.01数据花式0~200N,8,1F9.02本机地址2~12623必需设定F9.12通讯响应时间0~20ms1414非标Fd.04线速度系数0.1~999.999.20.1显示用  以上参数是修改的现实值,其余参数调整是按厂家出厂值设定,注重采用闭环编码器时,编码器的分辨率和转向。  3)工作进程中,FX2N—485BD发有关饬令信息后,各个子站均收到该信息,然后每一个子站判断该信息的站号地址是否与本站站号一致。若一致则处置该信息并返回应对信息;若纷歧致则抛却该信息的处置,这样就保证了在网络上同时只有一个子站与主站交换信息。见下图:    图7发送信息交换进程  4)由于FX2N通讯的收发状态切换较慢,取决于PLC的扫描周期,这个时间估量为3ms左右,是以在与TD3000通讯时,接收不到变频器的应对数据(变频器返回数据约1ms),是以我们斟酌变频器软件做非标,调整返回信息时间。(建议可以采用西门子PLC,TD3000矢量变频器不用做非标产物)  5)正常工作时变频器与PLC通讯控制软件设计的法式流程图以下:    7、人机界面触摸屏的设计  在人机界面中,设计了7幅画面,包括整体图形,运行监控、参数修改、速度输进,故障显示,机械速度和密码庇护等。故障显示使用指示器,给出位元件即可实现明灭效果,让操作者很利便的知道故障部位,整体感很好。监控画面如图所示:    图8 触摸屏监控画面    图9 触摸屏操作画面  8、现实运用效果  经由过程用户快要一年半的长时间使用证实,TD3000矢量变频器加编码器闭环组成的比例随动自动控制系统,在钢绳生产线上采用RS485网络控制是一种十分理想的控制方式,它有许多值得借鉴的优点:  1)采用通讯控制变频器,具有硬件逻辑简单、抗干扰能力强的特点。以此方式,可以实现全车间的现场总线网络控制。  2)两台机电比例同步追随精度高,尤其是采用编码器闭环以后,转速精度可以控制在±1转/分左右,完全知足工艺控制的要求,质量较着提高。  3)系统的动态响应快,对于负载的遽变,主牵引速度的快速变化都能很快追随调整好。  4)调速范围广,闭环可达1000:1,我们采用了变频机电,在低速情况下完全可以持久运行,在高速下,只要挤出性能知足要求,主机牵引可达60Hz以上,极年夜的知足了产量的要求。  5)操作简单,速度比调整需要在触摸屏上设置绳径、螺距,系统凭据公式自动计较牵引速度比,按下启动就能够了。  总之将此技术运用到涂塑机的速度比例控制上,收到很好的效果,产物质量有了显著提高,调速利便,削减机械机械的冲击和磨损,改变机电温升,延长机电寿命,故障很少且易于破除,获得用户的接待。  参考文献  1)艾默生TD3000变频器说明书。  2)艾默生TD3000变频器串行通讯协议。  3)三菱FX2N编程使用手册。  4)三菱FX2N-485BD使用说明书。

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