基于欧姆龙PLC 的台达变频器控制

0 引言

变频调速技术近年来发展很快，应用于各行业在节约电能的同时可以减少排放、降低能耗，因此理解并掌握变频器的控制，具有十分重要的现实意义。变频器的控制可以采用PLC、单片机等作为控制核心，由于PLC 具备可靠性高、编程简单、维护方便等突出优点，越来越多的工业控制场合选用PLC和变频器用于电机的调速控制。

基于PLC的变频器的控制包括模拟方式控制和串口通信方式控制，其中，串口通信包括有协议通信和无协议通信，有协议通信如文献[1]所述，几乎不用编程，正确连接后就能实现串口通信。本文着重介绍了基于欧姆龙CP1H 系列PLC 的台达VFD 系列变频器的模拟方式控制和无协议通信方式控制。

1 VFD系列变频器与CP1H系列PLC简介

VFD系列变频器是台达电子集团驱动类自动化产品之一，具有节能效果好、供电范围宽、控制精度高等特点，可任意设定V/f 曲线，广泛应用于恒压供水、空调、风机、锅炉、水处理、城市建设等自动化控制领域。

CP1H 系列PLC 是欧姆龙公司推出的一款小型PLC，性能与西门子S7-200 相当，包括CP1HX标准型、CP1H-XA模拟量内置型和CP1H-Y 高速定位型三种型号，适用于纺织、印刷、包装、橡塑及医疗等行业的机械设备控制。该机型外形小巧、速度极快、功能强大，具备1 个USB 口、2 个RS232C或RS485 可选的串行通信口，可实现上位链接、无协议通信、NT 链接、串行网关功能、串行PLC链接等功能。

2 模拟量控制方式

2.1 模拟量控制方式的变频调速系统组成

系统组成框图如图1所示，包括PLC、变频器、电机以及测速反馈装置四个组成部分，PLC 和变频器之间以模拟控制方式(电压)连接，该电压由变频器内部的V/f 变换单元将电压的变化量转变为频率的变化量，电机的正转和反转以两个输出点来进行控制，电机的转速由测速装置转变为电压信号反馈至PLC，再通过软件实现转速的闭环控制。

2.2 CP1H-XA40DT-D的设置与调试

欧姆龙PLC CP1H-XA40DT-D 内置4 点电压/电流输入、2 点电压/电流输出，分辨率可设为1/6000 和1/12 000，输入、输出分别可选择：0耀5 V、1耀5 V、0耀10 V、-10耀10 V、0耀20 mA 和1耀20 mA等6 种方式，内存CIO200耀203为输入模拟量对应的A/D转换结果，CIO210耀211对应D/A 输出的数字量结果。

PLC 的模拟量调试主要涉及系统DIP 开关状态设置、输入和输出模拟量形式以及范围选择、模拟量采集结果的处理等环节，调试时可先调开环系统，然后根据测速装置反馈电压和转速的关系，通过软件判断调节模拟量单元的输出信号大小，实现闭环调速系统。

2.3 VFD变频器的设置与调试

变频器的调试相对简单，须注意的是：将参数Pr.-00 设置为“d0001”，Pr.-01 设置为“d0001”或“d0002”，线路连接如图1 所示，PLC 的正反相控制端输出分别和REV 与FWD 相连，PLC 的COM端和变频器的DCM端相连。模拟控制方式的连线可参照文献[3]的注意事项，错误的连接可能会损坏PLC的输出端口。

3 无协议通信控制方式

众多的变频器品牌，由于技术和市场的原因，通信协议五花八门，兼容性很差，针对这种现状，无协议通信得到了很好的应用。所谓无协议通信，即是自由协议方式，协议的格式由用户自己定义，用户根据具体变频器的协议格式组织数据，实现与变频器的通信。

参照文献[2] 提出的方案，我们设计了基于RS485 的无协议通信控制方式，系统框图如图2所示，PLC 的串口连接端子也可以使用“RDB+”和“RDA-”两个端口，变频器输出三相相位差120毅的交流电压至三相异步电机定子绕组。

3.1 RS485通信模式

欧姆龙CP1H 系列PLC 设有RS485 的串行通信口，可采用平衡驱动器和差分接收器的组合，结合其抗共模干扰能力强，抗噪声干扰性能优越的特性，可以实现有协议通信和无协议通信。

台达VFD-A 交流马达驱动器内建RS485 串联通信界面，串联通信连接端口标注SG+、SG-，其中，“SG+”表示信号正相端，“SG-”表示信号负相端。使用RS485 串联通信接口时，每台VFD-A 必须预先在Pr.78 指定其通信地址，PLC 便根据预定地址实施控制。当将参数“A”设为“02H”时，PLC可同时对多个变频器实施控制。

3.2 台达VFD-A变频器参数设置与通信格式

3.2.1 参数的设定

相关的参数涉及Pr.-00、Pr.-01、Pr.-78，其中，Pr.-00 指定主频率输入来源，Pr.-01 设定运转信号来源，Pr.-78 选取了串口通信的波特率，对应的设定值分别为：d002、d003、d002，即主频率与运转信号由RS485 串联通信接口控制，且令面板STOP键有效，波特率设定为4 800 bit/s。

3.2.2 通信资料格式

台达VFD 变频器控制命令格式为“C，S，A，UU，MM，FFFF”，其中，“C”为控制命令字符串“CONTROL”字头;“S”为和检查(CheckSum) (03H);“A”为命令认可，01H 代表单台，02H 表示所有连线交流驱动器;“UU”表述通信地址(00-31)“阴阴”=ASCII 码;“MM”给定运转命令(X=无定义)，“阴阴”=ASCII 码，其中，“X0”为停止，“X1”为正转运转“X2”为停止，“X3”为反转运转，“X4”、“X5”表示寸动、正转，“X6”、“X7”为寸动、反转，“X8”为当异常发生后重置交流马达驱动器;

“FFFF”为频率指令，设定范围从0000 到4000，代表的设定频率值为0.0到400.0 Hz。

正确接收命令或参数后，变频器自动回发一串应答数据，格式为“C，S，B，UU，MM，FFFF”，其中，B 为回复认可，正确时为06H，错误时为07H，其它参数含义同发送数据。字符串长度是11 字符，每个字符的11 位字元串如图3 所示。

3.3 软件设计与调试

3.3.1 PLC串口设置

在程序编写调试之前需要对串口进行设定，PLC 串口设置如图4 所示。

3.3.2 命令或参数发送

发送流程如图5 所示，关键环节为装填数据，要严格按照变频器的资料格式组织数据，尤其注意“A”的值为十六进制，其它参数为ASCII 码。只要串口参数设定正确，数据取值合适，发送数据相对容易实现。

主要涉及的指令为“TXD S C N”，其中，“S”指定发送数据开头通道编号，“C”为控制字，“N”指定发送字节长度。“C”的“11耀08”位决定将数据输出到指定的串行通信口，包括串行端口1 和串行端口2，值得注意的是，选装串口通信模块(RS485和RS232C)自身无确定地址，安装在选件槽位1时称之为串行端口1，安装在选项槽位2 时称之为串行端口2，串行端口1、串行端口2 发送准备完成标志分别为A392.13、A392.05;“C”的“03耀00”位决定了发送数据的高位字节和低位字节的顺序。“N”最大值为259，其中，数据包最大值为256 字节，包括开始代码、结束代码。

3.3.3 接收应答数据

变频器正确接收数据后，自动回发一串应答数据，PLC 根据该应答数据可判别变频器工作状况，构成闭环系统，详细接收流程如图6 所示。

串行端口1、串行端口2 接收完成标志分别为A392.14和A392.06，状态位为“1”时，执行接收命令，接收数据来自接收缓冲器。

4 结语

模拟控制方式连线相对复杂，且需要占用PLC的端口资源，尤其是要求PLC 必须具备模拟量模块，而且只能控制单台变频器，同时要借助于测速反馈装置才能构成闭环系统。串口通信控制方式通过发送命令和接收应答数据可实现电机运转控制和状态监控，连线简单，能同时控制多台变频器，适用于网络化的工业控制系统。