三菱变频器与西门子PLC的通讯及三菱变频器的应用毕业设计论文.doc

毕 业 设 计 论 文三菱变频器与西门子PLC的通及三菱变频器的运用 指导老师姓名： 专 业 名 称： 电气自动化班 级 学 号： 08137140论文提交日期： 2010年11月25日论文答辩日期： 2010年11月17日2010年 11月25 日【摘要】主要讨论了变频器的运用，变频器与可编程控制器PLC的通信原理，介绍变频器的控制方式，PLC与变频器远程通信控制的硬件连接等，以西门子S7-200型PLC及三菱FR-S520变频器为例，介绍三菱变频器的运用，串行通信技术在交流变频调试控制系统中的运用。用RS485通讯来实现西门子PLC与变频器的联机控制，用按钮控制PLC输出变频器的运行信号，控制变频器运行，从而控制电动机的运行并通过相应的部分通信控制程序来说明利用可编程控制器实现串行通信编程设计方法。【关键词】变频器、PLC、通讯协议【Abstract】This paper primarily discusses the use of inverters and the realization of the communication control of inverters and PLC, the control manner of inverters, and hardware connection of inverters and PLC. With the example of the S7-200 Siemens PLC and FR-S520 inverters, the port communication technology of VVVF are introduced, and by the part of RS-485 the communication control program, the paper explains the method of the port communication program by PLC.【Key words】Inverters、PLC、Communication Protocol目录绪论1第一章 三菱变频器的概述21.1三菱变频器的简介21.2 FR-S520变频器的操作板21.3 FR-S520变频器的接线总图3第二章 三菱变频器的运用42.1三菱变频器面板操作重要参数简介42.2 三菱(FR-S520SE-1.5K-CH)变频器的运用情况52.2.1利用面板操作52.2.2利用电位器（1K）操作62.2.3利用三段固定频率操作7第三章 可编程控制器（PLC）的简介83.1 PLC的发展史83.2 PLC的基本组成及工作原理83.3 PLC的特点93.4 PLC的硬件组成93.5 PLC的软件组成11第四章 三菱变频器与西门子PLC的通讯124.1通讯协议124.2 PLC 与变频器的通讯格式124.3变频器的通讯参数设置134.4指令模块介绍144.5 SMB30自由口控制器154.6数据块164.7 PLC 的编程174.8应注意的问题20第五章 触摸屏与PLC的联机应用215.1用触摸屏控制电动机的运行215.2设计触摸屏窗口215.3工程保存及编译225.4 PLC的编程225.5联机调试22第六章 系统安装时的注意事项23结论25致谢26参考文献27毕业设计论文 三菱变频器与西门子PLC的通讯及三菱变频器的运用 绪论 三菱,在自动化领域应该是个相当有声誉的品牌，PLC、人机界面、变频器、伺服产品以及自动化仪表等等都是三菱公司的优势产品, 在各行业中也都赢得了良好的口碑。   三菱变频器以其稳定的性能, 丰富的功能, 良好的力矩特性, 以及较高的性价比, 在变频器市场占据着重要的地位。并以其强大的品牌效应, 在中国的市场份额逐年增长。三菱变频器经过近20年的发展，产品质量和功能都相当稳定与完善。特别是随着功率器件以及IC芯片的不断改进，变频器产品也是不断地推陈出新，从早期使用分立元件的K系列、Z系列，到现在使用IPM、PIM模块的A系列，三菱变频器应该说又上了一个新台阶。我们应该提到的是在大功率模块的应用上，三菱变频器可能更有优势。为了满足市场的需要，三菱变频器还开发了应用于多种场合的选件卡，主要包括要求精确转速的PG反馈卡、用于精确定位的定位控制卡、用于压力控制的PI控制卡以及用于扩展输出点的继电器和晶体管输出卡。变频器功能的不断加强和选件卡的开发，使得三菱变频器更好地满足了不同用户的需要，也成为三菱变频器能够迅速壮大的动力。PLC具有可靠性高、灵活性好、开关量控制能力及通信联网能力强等特点，使其在开关量控制上发挥了巨大的威力。同时，PLC在模拟量控制上也富有特色，具有配置灵活、通用性好、价格便宜等特点，特别在开关量、模拟量混合控制的系统上更显出独特的优越性。现代工业生厂的很多领域将变频器与PLC相结合使用对自动化设备进行智能控制。随着网络技术的发展，PLC既可以独立对自动化设备进行控制，也可以作为工作站与整个工厂网络系统的各个单元进行信息交换，有利于“无人化”工厂的实现。29毕业设计论文 三菱变频器与西门子PLC的通讯及三菱变频器的运用 第一章 三菱变频器的概述1.1三菱变频器的简介三菱变频器是以电力电子技术、微电子技术和现代控制理论在交流调速系统中的应用基础上发展起来的智能型的调速设备。变频器不仅调速平滑、范围大、效率高、启动电流运行平稳，而且节能效果明显。变频器作为一种新型的调速节能设备，是目前最简便得一种速节能方式。三菱变频器是通过对电力半导体器件的通断控制将电压和频率固定不变的交流电电源变换为电压或频率可变交流电的电能控制装置。在实际应用时，不仅要实现调速，还要求调速系统能满足机械特性和调速指标。1.2 FR-S520变频器的操作板如图1-1 FR-S520SE-1.5K-CH变频器的操作面板 图1-1变频器操作面板1.3 FR-S520变频器的接线总图 如图1-2 FR-S520SE-1.5K-CH变频器的接线总图图1-2 变频器的接线总图毕业设计论文 变频器与西门子PLC的通讯及三菱变频器的运用 第二章 三菱变频器的运用2.1三菱变频器面板操作重要参数简介 （1）Pr.79 操作模式选择 变频器的操作模式可以用外部信号操作 也可以用PU(旋钮 RUN 键)操作任何一种操作模式都可固定或组合使用（2）参数清零 （3）把Pr.30的设定值从 0 变到 1Pr.30 扩张功能显示选择 的设定值为 1 时 扩张功能参数有效。 2.2 三菱(FR-S520SE-1.5K-CH)变频器的运用情况利用面板操作、电位器（1K）、三段固定频率这三种方法分别来实现电动机的正反转。2.2.1利用面板操作(1)电源和电动机的接线 (2)设定面板基本操作参数 参数显示名称设定范围最小设定单位出厂时设定值实际设定值0P 0转矩提升015%0.1%6%/5%/4%6%1P 1上限频率0120Hz0.1Hz50Hz50Hz2P 2下限频率0120Hz0.1Hz0Hz0Hz3P 3基准频率0120Hz0.1Hz50Hz50Hz7P 7加速时间0999s0.1s5s5s8P 8减速时间0999s0.1s5s5s9P 9电子过电流保护050A0.1A额定输出电流0.1A17P 17RUN键旋转方向选择0 正转1 反转010,130P 30扩张功能显示设置0, 110179P 79运行模式选择04, 7, 8101CLrCLr参数清零0:不实行1:参数清零 10:全部清零000,1,102.2.2利用电位器（1K）操作(1)电源和电动机的接线 （2）电动机正转：把变频器的STF端连接PLC，电动机正转运行，转速由外接 电位器来控制，旋转电位器，使模拟信号从0V+10V变化， 对应变频器的频率从050Hz变化，通过调节电位器改变变 频器的“2”端口模拟输入电压信号的大小，可平滑无极地 调节电动机转速的大小。 电动机反转：把变频器的STR端连接PLC，电动机反转运行，与电动机正转相同，转速由外接电位器来控制，旋转电位器，使模拟信号从0V+10V变化，对应变频器的频率从050Hz变化，通过调节电位器改变变频器的“2”端口模拟输入电压信号的大小，可平滑无极地调节电动机转速的大小。2.2.3利用三段固定频率操作 (1)电源和电动机的接线 (2)变频器设定参数如下表，通过操作可以实现变频器的三段固定频率。参数显示名称设定范围最小设定单位出厂设定值实际设定值4P 43速设定（高速）0120Hz0.1Hz50Hz50Hz5P 53速设定（中速）0120Hz0.1Hz30Hz30Hz6P 63速设定（低速）0120Hz0.1Hz10Hz10Hz79P 79运行模式选择04, 7, 8102 第三章 可编程控制器（PLC）的简介3.1 PLC的发展史 在可编程序控制器问世之前，继电器接触器控制在工业控制领域中占有主导地位。继电器接触器控制系统是采用固定接线的硬件实现控制逻辑。如果生产工艺发生变化，就必须重新设计，改变硬件机构，这样造成时间和金钱的浪费。另外，大型控制系统用继电器接触器控制，使用的继电器多，控制系统的体积大，耗电多，工作频率低等缺点，为了解决这些问题，早在1968年，美国最大的汽车制造商通用汽车公司（GM公司），为了适应汽车型号的不断翻新，提出要用一种新型的控制装置取代它，为此，特定以下10项公开招标的技术要求，即：（1）编程简单方便，可在现场修改程序。（2）硬件维护方便，采用插件式结构。（3）可靠性高于继电器接触器控制装置。（4）体积小于继电器控制装置。（5）可将数据直接送入计算机。（6）用户程序存储器容量至少可以扩展到4KB。（7）输入可以是交流115V。（8）输出为交流115V，能直接驱动电磁阀，交流接触器等。（9）通用性强，扩展方便。（10）成本上要有竞争力。美国数字设备公司根据GM公司招标的技术要求，于1969年研制出世界上第一台可编程序控制器，并在GM公司汽车自动装配线上试用，获得成功。80年代以后，随着大规模和超大规模集成电路技术的迅猛发展，以16位和32位微处理器为核心的可编程序控制器得到迅速发展。这时的PLC具有了高速计数、中断技术、PID调节和数据通信功能，从而使PLC的应用范围和应用领域不断扩大。3.2 PLC的基本组成及工作原理 PLC是以微处理器为核心的结构，其功能的实现不仅基于硬件的作用，更要靠软件的支持。FX系列PLC是由基本单元、扩展单元及特殊功能单元构成。基本单元包括CPU、存储器、I/O接口部件和电源，是PLC的主要部分。扩展单元是扩展I/O点数的装置，内部有电源；扩展模块用于增加I/O点数和改变I/O口点数比例，内部电源，由基本单元和扩展单元供给。扩展单元和扩展模块内无CPU，必须与基本单元一起使用。特殊功能单元是一些特殊用途的装置，如进行模拟量控制的A/D、D/A转换模块，高速计数器模块（HC），过程控制模块（PID）等特殊功能单元。PLC的工作原理与计算机相比有较大的不同，PLC从0000号存储地址所存放的第一条用户程序开始，在无中断或跳转的情况下，按存储地址号递增的方向顺序逐条执行用户程序，直到END指令结束。然后再从头开始执行，并周而复始地重复，直到停机或运行（RUN）切换到停止（STOP）工作状态。PLC对输入、输出信号的处理与微型计算机不同：微型计算机对输入、输出信号实时处理，而PLC对输入、输出信号是集中批处理。3.3 PLC的特点PLC是综合继电器接触控制的有点及计算机灵活、方便的优点而设计制造和发展 的，这就使PLC具有许多其他控制器所无法相比的特点： （1）可靠性高，抗干扰能力强。 （2）配套齐全，功能完善，适用性强。 （3）易学易用，深受工程技术人员欢迎。 （4）系统设计、建造工作量小，维护方便。 （5）体积小，重量轻，能耗低。3.4 PLC的硬件组成主要由中央处理器（CPU）、存储器、输入单元、输出单元、通信接口、扩展接口电源等部分组成。其中CPU是PLC的核心，输入单元与输出单元式连接现场输入/输出设备与CPU之间的接口电路，通信接口用于与编程器、上位计算机的外设连接。对于整体式PLC，所有部件都装在同一机壳内，其组成框图如图3-1所示 ；对于模块式PLC，各部件独立封装成模块，各模块通过总线连接，安装在机架或导轨上，其组成框图如图3-2所示。无论是哪种结构类型的 PLC，都可根据用户 需要进行配置与组合。图3-1整体式PLC组成框图图3-2模块式PLC组成框图3.5 PLC的软件组成PLC的软件由系统程序和用户程序组成。 系统程序由PLC制造产商设计编写的，并存入PLC的系统存储器中，用户不能直接改写与更改。系统程序一般包括系统诊断程序、输入处理程序、编译程序、消息传送程序、监控程序等。 PLC用户程序是用户利用PLC的编程语言，根据控制要求编制的程序。在PLC应用中，最重要的是用PLC的编程语言来编写用户程序，以实现控制的目的。由于PLC是专门为工业控制而开发的装置，其主要使用者是广大电气技术人员，为了满足他们的传统习惯和掌握能力，PLC的主要编程语言采用比计算机语言相对简单、易懂、形象的专业语言。 第四章 三菱变频器与西门子PLC的通讯4.1通讯协议 计算机与变频器之间的数据通信执行过程如图4-1所示图4-1通讯过程 (1) 通信过程中，如果发现数据错误，变频器将要求进行再试，从用户程序执行再试操作。如果连续再试次数超过参数设定值，变频器将进入到报警停止状态。 (2) 通信过程中，发生接收一个错误数据时，变频器给计算机返回再试数据。如果连续数据错误次数达到或超过参数设定值，变频器进入到报警停止状态。4.2 PLC 与变频器的通讯格式变频器的通讯格式中的字符方式是 ASCII 码，PLC 与变频器进行数据传输时采用十六进制, 数据在PLC 可编程控制器与变频器之间自动使用 ASCII 码传输。变频器控制的 PLC 指令规格，为正确建立通讯, 必须在变频器中设置有关的参数,由操作面板进行。4.3变频器的通讯参数设置表4-3 变频器的通讯参数设置参数号名称设定值n1通讯站号2n2通讯频率9600bpsn3停止位长/数据长0n4有无奇偶校验0n5通讯再试次数5n6通讯校验时间间隔2.0n7等待时间设定-n8运行指令权0n9速度指令权0n10通讯启动模式选择1n11CR·LF有无选择1n12选择写入有无1n13PU表示言语切替1n14PU蜂鸣器音控制1n15PU对比度调整 58n16PU主显示画面数据选择 0n17PU脱落检测/PU设定自锁 0p30扩张功能显示设置1P79通讯参数04.4指令模块介绍表4-4 指令模块介绍 LADSTL操作数及数据类型功能 数据传送指令MOVB （输入）IN,（输出）OUTIN： VB,IB,QB,MB, SB,SMB,LB,AC,常量OUT：VB,IB,QB,MB,SB,SMB，LB,AC数据类型：字节使能输入有效时，即EN=1时，将一个输入IN的字节送到OUT指定的存储器输出。在传送过程中不改变数据的大小。传送后，输入寄存器IN中的内容不变。 信号发送指令XMT（输入）TABLE（输出）PORT TBL：VB,IB,QB,MB,SB,SMB，PORT：0数据类型：字节指令在自由端口模式中只用，通过通讯端口传送数据。4.5 SMB30自由口控制器端口0描述SMB30格式位格式MSBLSB70ppdbbbmmSM30.6和SMB30.7PP 奇偶选择 00 = 无奇偶校验01 = 偶校验 10 = 无奇偶校验11 = 奇校验SM30.5d 每个字符的数据位 0 = 每个字符8位 1 = 每个字符7位SM30.2到SM30.4bbb 自由口波特率 000 = 38,400 波特 001 = 19,200 波特 010 = 9,600 波特 011 = 4,800 波特 100 = 2,400 波特 101 = 1,200 波特 110 = 600 波特 111 = 300 波特SM30.0和SM30.1mm 协议选择 00 = 点到点接口协议 (PPI/ 从站模式) 01 = 自由口协议 10 = PPI/ 主站模式 11 = 保留 (缺省设置为 PPI/ 从站模式) 表4-5 SMB30自由口输出器 4.6数据块 VB 119 11 VB 120 16#05, 16#30, 16#32, 16#46 VB 124 16#41 VB 125 16#31 VB 126 16#30 VB 127 16#32 VB 128 16#37 VB 129 16#43 VB 130 16#0D VB 161 13 VB 162 16#05, 16#30, 16#32, 16#46, 16#44, 16#31, 16#39, 16#36, 16#39, 16#36, 16#46, 16#42 VB 174 16#0D VB 180 11 VB 181 16#05, 16#30, 16#32, 16#46, 16#41, 16#31, 16#30, 16#30, 16#37, 16#41, 16#0D VB 192 16#0D VB 199 11 VB 200 16#05, 16#30, 16#32, 16#46, 16#41, 16#31, 16#30, 16#34, 16#37, 16#45, 16#0D VB 211 16#0D VB 400 13 VB 401 16#05, 16#30, 16#32, 16#45, 16#44, 16#31, 16#30, 16#33, 16#45, 16#38, 16#46, 16#43 VB 413 16#0D VB 600 13 VB 601 16#05, 16#30, 16#32, 16#45, 16#44, 16#31, 16#30, 16#37, 16#44, 16#30, 16#46, 16#37 VB 613 16#0D VB 800 11 VB 801 16#05, 16#30, 16#32, 16#46, 16#41, 16#31, 16#30, 16#30, 16#37, 16#41, 16#0D4.7 PLC 的编程4.8应注意的问题 (1)通讯规格必须在变频器的初始化中设定，如果没有进行或有一个错误的设定,， 数据将不能进行传输。(2)每次参数初始化设定后， 需要复位变频器,，如未复位，通讯将不能进行。 (3)通过改变数据格式, 即可改变变频器的运行频率和对变频器的数据来进行监视。 第五章 触摸屏与PLC的联机应用5.1用触摸屏控制电动机的运行 主要针对控制电路进行改造，而主电路部分保留不变。可以在触摸屏上设置6个按钮开关，再设置6个指示灯，再结合PLC控制接触器KM线圈。系统框图如图5-1。 图5-1系统框图5.2设计触摸屏窗口 触摸屏画面设计时可以设计两个窗口，一个是启动画面窗口，如图5-2-1所示；另一个是电动机控制窗口，如图5-2-2所示，运行灯是用于反映电机运行情况，即接触器KM线圈的通电情况。两个窗口可相互切换。图5-2-1启动画面图5-2-2电动机控制窗口5.3工程保存及编译5.4 PLC的编程参照P18（4.7PLC编程）5.5联机调试 将MT5-PC电缆线的PLC端连接到PLC，把MT5-PC电缆线的HMI连接到触摸屏的PLC（RS-485）通信口，PC端连接到计算机的COM口，通上电源。在Easy Manager中设置好COM口及其各种通信参数。之后进行组态工程下载以及调试。 第六章 系统安装时的注意事项虽然PLC具有很高的可靠性，并且有很强的抗干扰能力，但在过于恶劣的环境或安装使用不当等情况下，都有可能引起PLC内部信息的破坏而导致控制混乱，甚至造成内部元件损坏。为了提高PLC系统的运行的可靠性，安装时应注意以下几方面的问题。（1） 环境温度适宜通常PLC允许的环境温度约在055ºC。安装时不要把发热量大的元件放在PLC的下方；PLC四周要有足够的通风散热空间；不要把PLC安装在阳光直接照射或离暖气、加热器、大功率电源等发热器件很近的场所。（2）注意环境污染不一把PLC安装在有大量污染物（如灰尘、油烟、铁粉等）、腐蚀性气体和可燃性的场所，尤其是有腐蚀性气体的地方，易造成元件及印刷线路板的腐蚀。（3）远离振动和冲击源安装PLC的控制柜应当远离有强烈振动和冲击的场所，尤其是连续、频繁的振动。必要时可以采取相应措施来减轻振动和冲击的影响，以免造成接线或插件的松动。（4）远离强干扰源PLC应远离强干扰源，如大功率晶闸管装置、高频设备和大型动力设备等，同时PLC应该远离强电磁场和强放射源，以及易产生强静电的地方。（5）选用适当的电线接线为使电压下降在2%以内，请用适当型号的电线接线。变频器和电机间的接线距离较长时，特别是低频率输出情况下，会由于主电路电缆的电压下降而导致电机的转矩下降。（6）注意总接线长度长距离布线时，由于受到布线的寄生电容充电电流的影响，会使快速相应电流限制功能降低，接于2次侧的仪器误动作等而产生故障。(7) 正确的接地良好的接地是PLC安全可靠运行的重要条件。为了抑制干扰，PLC最好单独接地，与其他设备分别使用各自的接地装置。 (8)安全保护当PLC输入设备短路时，为了避免PLC内部输出元件损坏，应该在PLC外部的输出回路中装上熔断器，进行短路保护运行后，改变接线的操作，必须在电源切断10分钟以上，用万用表检查电压后进行。断电后一段时间内，电容上仍然有危险的高压电。毕业设计论文 变频器与西门子PLC的通讯及三菱变频器的运用 结论通过对三菱变频器面板的操作、电位器的操作、三段固定频率的操作这三种方法分别实现了对电动机的控制，通过大量的调试和程序的修改，利用RS485通讯来实现西门子PLC与变频器的联机控制，用按钮控制PLC输出变频器的运行信号，控制变频器运行，从而控制电动机的运行。也实现了对三菱变频器和西门子PLC的通讯功能。 致谢本论文能得以顺利的完成，要十分感谢我的指导老师徐瑾瑜老师。在完成整个项目及论文过程中，徐老师都给了我很多的指导。在系统的连接和软件的编写过程中得到了徐老师和同学们的帮助，在此对此表示感谢，在论文的修改过程中他们也给我的论文提出了许多宝贵的意见。这里我要再一次由衷的感谢，感谢那些给予我帮助的人。 参考文献1三菱变频调速器FRS500使用手册（基本篇）三菱电气株会社，20002三菱变频调速器FRS500使用手册（详细篇）三菱电气株会社，2000。3徐瑾瑜等编著的 PLC技术与实践无锡商业职业技术学校电子工程系，2010。4李海波等编著的 PLC技术综合应用无锡商业职业技术学校电子工程系，2010。