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PLC與變頻器通訊接線，學(xué)會(huì)用PLC控制變頻器！

作者：admin　日期：2022-05-31 10:54:06　點(diǎn)擊數(shù)：

信息摘要：

LC與變頻器兩者是一種包含與被包含的關(guān)系，PLC與變頻器都可以完成一些特定的指令，用來控制電機(jī)馬達(dá)，PLC是一種程序輸入執(zhí)行硬件，變頻器則是其中之一。但是PLC的涵蓋范圍又比變頻器大，還可以用來控制更多的東西，應(yīng)用領(lǐng)域更廣，性能更強(qiáng)大，當(dāng)然PLC的控制精度也更大。變頻器無法進(jìn)行編程，改變電源的頻率、電壓等參數(shù)，它的輸出頻率可以設(shè)為固定值，也可以由PLC動(dòng)態(tài)控制。PLC是可以編程序的，用來控制電氣元

LC與變頻器兩者是一種包含與被包含的關(guān)系，PLC與變頻器都可以完成一些特定的指令，用來控制電機(jī)馬達(dá)，PLC是一種程序輸入執(zhí)行硬件，變頻器則是其中之一。


但是PLC的涵蓋范圍又比變頻器大，還可以用來控制更多的東西，應(yīng)用領(lǐng)域更廣，性能更強(qiáng)大，當(dāng)然PLC的控制精度也更大。變頻器無法進(jìn)行編程，改變電源的頻率、電壓等參數(shù)，它的輸出頻率可以設(shè)為固定值，也可以由PLC動(dòng)態(tài)控制。
PLC是可以編程序的，用來控制電氣元件或完成功能、通信等任務(wù)。
PLC與變頻器之間通信需要遵循通用的串行接口協(xié)議（USS），按照串行總線的主從通信原理來確定訪問的方法。總線上可以連接一個(gè)主站和最多31個(gè)從站，主站根據(jù)通信報(bào)文中的地址字符來選擇要傳輸數(shù)據(jù)的從站，在主站沒有要求它進(jìn)行通信時(shí)，從站本身不能首先發(fā)送數(shù)據(jù)，各個(gè)從站之間也不能直接進(jìn)行信息的傳輸。
PLC基本結(jié)構(gòu)圖
PLC可編程控制器的存儲(chǔ)器可以分為系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器、用戶程序存儲(chǔ)器及工作數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器等三種。


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1、系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器
系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器用來存放由可編程控制器生產(chǎn)廠家編寫的系統(tǒng)程序，并固化在ROM內(nèi)，用戶不能直接更改。系統(tǒng)程序質(zhì)量的好壞，很大程度上決定了PLC的性能。
其內(nèi)容主要包括三部分：第一部分為系統(tǒng)管理程序，它主要控制可編程控制器的運(yùn)行，使整個(gè)可編程控制器按部就班地工作，第二部分為用戶指令解釋程序，通過用戶指令解釋程序，將可編程控制器的編程語言變?yōu)闄C(jī)器語言指令，再由CPU執(zhí)行這些指令；第三部分為標(biāo)準(zhǔn)程序模塊與系統(tǒng)調(diào)用程序。
2、用戶程序存儲(chǔ)器
根據(jù)控制要求而編制的應(yīng)用程序稱為用戶程序。用戶程序存儲(chǔ)器用來存放用戶針對(duì)具體控制任務(wù)，用規(guī)定的可編程控制器編程語言編寫的各種用戶程序。
目前較先進(jìn)的可編程控制器采用可隨時(shí)讀寫的快閃存儲(chǔ)器作為用戶程序存儲(chǔ)器，快閃存儲(chǔ)器不需后備電池，掉電視數(shù)據(jù)也不會(huì)丟失。
3、工作數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器
工作數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器用來存儲(chǔ)工作數(shù)據(jù)，既用戶程序中使用的ON/OFF狀態(tài)、數(shù)值數(shù)據(jù)等。在工作數(shù)據(jù)區(qū)中開辟有元件映像寄存器和數(shù)據(jù)表。其中元件映像寄存器用來存儲(chǔ)開關(guān)量、輸出狀態(tài)以及定時(shí)器、計(jì)數(shù)器、輔助繼電器等內(nèi)部器件的ON/OFF狀態(tài)。數(shù)據(jù)表用來存放各種數(shù)據(jù)，它存儲(chǔ)用戶程序執(zhí)行時(shí)的某些可變參數(shù)值及A/D轉(zhuǎn)換得到的數(shù)字量和數(shù)字運(yùn)算的結(jié)果等。
變頻器基本結(jié)構(gòu)圖


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變頻器是把工頻電源（50Hz或60Hz）變換成各種頻率的交流電源，以實(shí)現(xiàn)電機(jī)的變速運(yùn)行的設(shè)備，其中控制電路完成對(duì)主電路的控制，整流電路將交流電變換成直流電，直流中間電路對(duì)整流電路的輸出進(jìn)行平滑濾波，逆變電路將直流電再逆變成交流電。對(duì)于如矢量控制變頻器這種需要大量運(yùn)算的變頻器來說，有時(shí)還需要一個(gè)進(jìn)行轉(zhuǎn)矩計(jì)算的CPU以及一些相應(yīng)的電路。
PLC與變頻器一般有三種連接方法
①利用PLC的模擬量輸出模塊控制變頻器PLC的模擬量輸出模塊輸出0～5V電壓信號(hào)或4～20mA電流信號(hào)，作為變頻器的模擬量輸入信號(hào)，控制變頻器的輸出頻率。這種控制方式接線簡單，但需要選擇與變頻器輸入阻抗匹配的PLC輸出模塊，且PLC的模擬量輸出模塊價(jià)格較為昂貴，此外還需采取分壓措施使變頻器適應(yīng)PLC的電壓信號(hào)范圍，在連接時(shí)注意將布線分開，保證主電路一側(cè)的噪聲不傳至控制電路。
②利用PLC的開關(guān)量輸出控制變頻器。PLC的開關(guān)輸出量一般可以與變頻器的開關(guān)量輸入端直接相連。這種控制方式的接線簡單，抗干擾能力強(qiáng)。利用PLC的開關(guān)量輸出可以控制變頻器的啟動(dòng)／停止、正／反轉(zhuǎn)、點(diǎn)動(dòng)、轉(zhuǎn)速和加減時(shí)間等，能實(shí)現(xiàn)較為復(fù)雜的控制要求，但只能有級(jí)調(diào)速。
使用繼電器觸點(diǎn)進(jìn)行連接時(shí)，有時(shí)存在因接觸不良而誤操作現(xiàn)象。使用晶體管進(jìn)行連接時(shí)，則需要考慮晶體管自身的電壓、電流容量等因素，保證系統(tǒng)的可靠性。另外，在設(shè)計(jì)變頻器的輸入信號(hào)電路時(shí)，還應(yīng)該注意到輸入信號(hào)電路連接不當(dāng)，有時(shí)也會(huì)造成變頻器的誤動(dòng)作。例如，當(dāng)輸入信號(hào)電路采用繼電器等感性負(fù)載，繼電器開閉時(shí)，產(chǎn)生的浪涌電流帶來的噪聲有可能引起變頻器的誤動(dòng)作，應(yīng)盡量避免。
③PLC與RS-485通信接口的連接。所有的標(biāo)準(zhǔn)西門子變頻器都有一個(gè)RS-485串行接口（有的也提供RS-232接口），采用雙線連接，其設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)適用于工業(yè)環(huán)境的應(yīng)用對(duì)象。單一的RS-485鏈路最多可以連接30臺(tái)變頻器，而且根據(jù)各變頻器的地址或采用廣播信息，都可以找到需要通信的變頻器。鏈路中需要有一個(gè)主控制器（主站），而各個(gè)變頻器則是從屬的控制對(duì)象（從站）。


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PLC的變頻器控制電機(jī)正反轉(zhuǎn)接線圖
1．按接線圖將線連好后，啟動(dòng)電源，準(zhǔn)備設(shè)置變頻器各參數(shù)。
2．按“MODE”鍵進(jìn)入?yún)?shù)設(shè)置模式，將Pr.79設(shè)置為“2”：外部操作模式，啟動(dòng)信號(hào)由外部端子（STF、STR）輸入，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)由外部端子（2、5之間、4、5之間、多端速）輸入。
3．連續(xù)按“MODE”按鈕，退出參數(shù)設(shè)置模式。
4．按下正轉(zhuǎn)按鈕，電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)啟動(dòng)運(yùn)行。
5．按下停止按鈕，電動(dòng)機(jī)停止。
6．按下反轉(zhuǎn)按鈕，電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)啟動(dòng)運(yùn)行。
7．按下停止按鈕，電動(dòng)機(jī)停止。
8. 若在電動(dòng)正轉(zhuǎn)時(shí)按下反轉(zhuǎn)按鈕，電動(dòng)機(jī)先停止后反轉(zhuǎn)；反之，若在電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)時(shí)按下正轉(zhuǎn)按鈕，電動(dòng)機(jī)先停止后正轉(zhuǎn)。


PLC與變頻器的接線圖

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PLC和變頻器通訊方式
1、PLC的開關(guān)量信號(hào)控制變頻器

PLC（MR型或MT型）的輸出點(diǎn)、COM點(diǎn)直接與變頻器的STF（正轉(zhuǎn)啟動(dòng)）、RH（高速）、RM（中速）、RL（低速）、輸入端SG等端口分別相連。PLC可以通過程序控制變頻器的啟動(dòng)、停止、復(fù)位；也可以控制變頻器高速、中速、低速端子的不同組合實(shí)現(xiàn)多段速度運(yùn)行。但是，因?yàn)樗遣捎瞄_關(guān)量來實(shí)施控制的，其調(diào)速曲線不是一條連續(xù)平滑的曲線，也無法實(shí)現(xiàn)精細(xì)的速度調(diào)節(jié)。
2、PLC的模擬量信號(hào)控制變頻器
硬件：FX1N型、FX2N型PLC主機(jī)，配置1路簡易型的FX1N-1DA-BD擴(kuò)展模擬量輸出板；或模擬量輸入輸出混合模塊FX0N-3A；或兩路輸出的FX2N-2DA；或四路輸出的FX2N-4DA模塊等。優(yōu)點(diǎn)：PLC程序編制簡單方便，調(diào)速曲線平滑連續(xù)、工作穩(wěn)定。
缺點(diǎn)：在大規(guī)模生產(chǎn)線中，控制電纜較長，尤其是DA模塊采用電壓信號(hào)輸出時(shí)，線路有較大的電壓降，影響了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。
3、 PLC采用RS-485通訊方法控制變頻器
這是使用得最為普遍的一種方法，PLC采用RS串行通訊指令編程。優(yōu)點(diǎn)：硬件簡單、造價(jià)最低，可控制32臺(tái)變頻器。缺點(diǎn)：編程工作量較大。
4、 PLC采用RS-485的Modbus-RTU通訊方法控制變頻器
三菱新型F700系列變頻器使用RS-485端子利用Modbus-RTU協(xié)議與PLC進(jìn)行通訊。優(yōu)點(diǎn)：Modbus通訊方式的PLC編程比RS-485無協(xié)議方式要簡單便捷。缺點(diǎn)：PLC編程工作量仍然較大。
5、 PLC采用現(xiàn)場(chǎng)總線方式控制變頻器
三菱變頻器可內(nèi)置各種類型的通訊選件，如用于CC-Link現(xiàn)場(chǎng)總線的FR-A5NC選件；用于Profibus DP現(xiàn)場(chǎng)總線的FR-A5AP（A）選件；用于DeviceNet現(xiàn)場(chǎng)總線的FR-A5ND選件等等。三菱FX系列PLC有對(duì)應(yīng)的通訊接口模塊與之對(duì)接。
優(yōu)點(diǎn)：速度快、距離遠(yuǎn)、效率高、工作穩(wěn)定、編程簡單、可連接變頻器數(shù)量多。缺點(diǎn)：造價(jià)較高。
6、采用擴(kuò)展存儲(chǔ)器
優(yōu)點(diǎn)：造價(jià)低廉、易學(xué)易用、性能可靠 缺點(diǎn)：只能用于不多于8臺(tái)變頻器的系統(tǒng)。
PLC和變頻器通訊接線圖


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三菱PLC控制臺(tái)達(dá)變頻器案例分析


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在不外接控制器（如PLC）的情況下，直接操作變頻器有三種方式：
①操作面板上的按鍵；
②操作接線端子連接的部件（如按鈕和電位器）；
③復(fù)合操作（如操作面板設(shè)置頻率，操作接線端子連接的按鈕進(jìn)行啟/停控制）。為了操作方便和充分利用變頻器，也可以采用PLC來控制變頻器。
PLC控制變頻器有三種基本方式：
①以開關(guān)量方式控制；
②以模擬量方式控制；
③以RS485通信方式控制。
PLC以開關(guān)量方式控制變頻器的硬件連接
變頻器有很多開關(guān)量端子，如正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)和多檔轉(zhuǎn)速控制端子等，不使用PLC時(shí)，只要給這些端子接上開關(guān)就能對(duì)變頻器進(jìn)行正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)和多檔轉(zhuǎn)速控制。當(dāng)使用PLC控制變頻器時(shí)，若PLC是以開關(guān)量方式對(duì)變頻進(jìn)行控制，需要將PLC的開關(guān)量輸出端子與變頻器的開關(guān)量輸入端子連接起來，為了檢測(cè)變頻器某些狀態(tài)，同時(shí)可以將變頻器的開關(guān)量輸出端子與PLC的開關(guān)量輸入端子連接起來。
PLC以開關(guān)量方式控制變頻器的硬件連接如下圖所示。當(dāng)PLC內(nèi)部程序運(yùn)行使Y001端子內(nèi)部硬觸點(diǎn)閉合時(shí)，相當(dāng)于變頻器的STF端子外部開關(guān)閉合，STF端子輸入為ON，變頻器啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)，調(diào)節(jié)10、2、5端子所接電位器可以改變端子2的輸入電壓，從而改變變頻器輸出電源的頻率，進(jìn)而改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。如果變頻器內(nèi)部出現(xiàn)異常時(shí)，A、C端子之間的內(nèi)部觸點(diǎn)閉合，相當(dāng)于PLC的X001端子外部開關(guān)閉合，X001端子輸入為ON。


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PLC以模擬量方式控制變頻器的硬件連接
變頻器有一些電壓和電流模擬量輸入端子，改變這些端子的電壓或電流輸入值可以改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，如果將這些端子與PLC的模擬量輸出端子連接，就可以利用PLC控制變頻器來調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。模擬量是一種連續(xù)變化的量，利用模擬量控制功能可以使電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速連續(xù)變化（無級(jí)變速）
PLC以模擬量方式控制變頻器的硬件連接如下圖所示，由于三菱FX2N-32MR型PLC無模擬量輸出功能，需要給它連接模擬量輸出模塊（如FX2N-4DA），再將模擬量輸出模塊的輸出端子與變頻器的模擬量輸入端子連接。當(dāng)變頻器的STF端子外部開關(guān)閉合時(shí)，該端子輸入為ON，變頻器啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)，PLC內(nèi)部程序運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的數(shù)字量數(shù)據(jù)通過連接電纜送到模擬量輸出模塊（DA模塊），由其轉(zhuǎn)換成0～5V或0～10V范圍內(nèi)的電壓（模擬量）送到變頻器2、5端子，控制變頻器輸出電源的頻率，進(jìn)而控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，如果DA模塊輸出到變頻器2、5端子的電壓發(fā)生變化，變頻器輸出電源頻率也會(huì)變化，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速就會(huì)變化。


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PLC在以模擬量方式控制變頻器的模擬量輸入端子時(shí)，也可同時(shí)用開關(guān)量方式控制變頻器的開關(guān)量輸入端子。
PLC以RS485通信方式控制變頻器的硬件連接
PLC以開關(guān)量方式控制變頻器時(shí)，需要占用較多的輸出端子去連接變頻器相應(yīng)功能的輸入端子，才能對(duì)變頻器進(jìn)行正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)和停止等控制；PLC以模擬量方式控制變頻器時(shí)，需要使用DA模塊才能對(duì)變頻器進(jìn)行頻率調(diào)速控制。如果PLC以RS485通信方式控制變頻器，只需一根RS485通信電纜（內(nèi)含5根芯線），直接將各種控制和調(diào)頻命令送給變頻器，變頻器根據(jù)PLC通過RS485通信電纜送來的指令就能執(zhí)行相應(yīng)的功能控制。
RS485通信是目前工業(yè)控制廣泛采用的一種通信方式，具有較強(qiáng)的抗干擾能力，其通信距離可達(dá)幾十米至上千米。采用RS485通信不但可以將兩臺(tái)設(shè)備連接起來進(jìn)行通信，還可以將多臺(tái)設(shè)備（最多可并聯(lián)32臺(tái)設(shè)備）連接起來構(gòu)成分布式系統(tǒng)，進(jìn)行相互通信。
1.變頻器的RS485通信口
三菱FR500系列變頻器有一個(gè)用于連接操作面板的PU口，該接口可用作RS485通信口，在使用RS485方式與其他設(shè)備通信時(shí)，需要將操作面板插頭（RJ45插頭）從PU口拔出，再將RS485通信電纜的一端插入PU口，通信電纜另一端連接PLC或其他設(shè)備。三菱FR500系列變頻器PU口外形及各引腳功能說明如下圖所示。


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三菱FR500系列變頻器只有一個(gè)RS485通信口（PU口），面板操作和RS485通信不能同時(shí)進(jìn)行，而三菱FR700系列變頻器除了有一個(gè)PU接口外，還單獨(dú)配備了一個(gè)RS485通信口（接線排），專用于進(jìn)行RS485通信。三菱FR700系列變頻器RS485通信口外形及各腳功能說明如下圖所示，通信口的每個(gè)功能端子都有2個(gè)，一個(gè)接上一臺(tái)RS485通信設(shè)備，另一個(gè)端子接下一臺(tái)RS485通信設(shè)備，若無下一臺(tái)設(shè)備，應(yīng)將終端電阻開關(guān)撥至“100Ω”側(cè)。


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2.PLC的RS485通信口
三菱FX PLC一般不帶RS485通信口，如果要與變頻器進(jìn)行RS485通信，須給PLC安裝FX2N-485BD通信板。485BD通信板的外形和端子如下圖(a)所示，通信板的安裝方法如下圖（b）所示。


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(a)外形


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(b)安裝方法
3.變頻器與PLC的RS485通信連接
(1)單臺(tái)變頻器與PLC的RS485通信連接
單臺(tái)變頻器與PLC的RS485通信連接如下圖所示，兩者在連接時(shí)，一臺(tái)設(shè)備的發(fā)送端子（+\-）應(yīng)分別與另一臺(tái)設(shè)備的接收端子（+\-）連接，接收端子（+\-）應(yīng)分別與另一臺(tái)設(shè)備的發(fā)送端子（+\-）連接。


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(2)多臺(tái)變頻器與PLC的RS485通信連接
多臺(tái)變頻器與PLC的RS485通信連接如下圖所示，它可以實(shí)現(xiàn)一臺(tái)PLC控制多臺(tái)變頻器的運(yùn)行。


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PLC控制變頻器驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)的電路、程序及參數(shù)設(shè)置
1.PLC與變頻器的硬件連接線路圖
PLC以開關(guān)量方式控制變頻器驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)的線路圖如下圖所示。


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2.變頻器的參數(shù)設(shè)置
在使用PLC控制變頻器時(shí)，需要對(duì)變頻器進(jìn)行有關(guān)參數(shù)設(shè)置，具體見下表。


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3.編寫PLC控制程序
變頻器有關(guān)參數(shù)設(shè)置好后，還要用編程軟件編寫相應(yīng)的PLC控制程序并下載給PLC。PLC控制變頻器驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)的PLC程序如下圖所示。
PLC控制變頻器驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)多檔轉(zhuǎn)速運(yùn)行的電路、程序及參數(shù)設(shè)置
變頻器可以連續(xù)調(diào)速，也可以分檔調(diào)速，F(xiàn)R-500系列變頻器有RH（高速）、RM（中速）和RL（低速）三個(gè)控制端子，通過這三個(gè)端子的組合輸入，可以實(shí)現(xiàn)7檔轉(zhuǎn)速控制。如果將PLC的輸出端子與變頻器這些端子連接，就可以用PLC控制變頻器來驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)多檔轉(zhuǎn)速運(yùn)行。
1.PLC與變頻器的硬件連接線路圖
PLC以開關(guān)量方式控制變頻器驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)多檔轉(zhuǎn)速運(yùn)行的線路圖如下圖所示。


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3.編寫PLC控制程序
PLC以開關(guān)量方式控制變頻器驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)多檔轉(zhuǎn)速運(yùn)行的PLC程序如下圖。


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