西门子模块6ES7221-1BF22-0XA8选型说明

西门子模块6ES7221-1BF22-0XA8选型说明

通讯程序设计在自动化系统的应用越来越广泛，例如plc与操作界面的数据交换，通过通讯对变频器的控制，plc的连网等等。

要想实现plc的通讯编程，首先所选的plc必须有强大的通讯能力，就是说plc的操作系统能够支持多种通讯格式，通常一种品牌的plc如果能够提供给用户更多的编程自由度，那么这种品牌的技术开发能力就越强大，大多数品牌只能提供固定格式的通讯格式或协议，这就大大局限了plc与其他智能设备的数据交换。

我们的plc产品具有RS232和光电隔离的RS485两个自由通讯口,两个通讯口可以同时收发数据，几乎可以适应所有通讯格式，可以提供CRC和BCC等多种校验方式。

以一台PLC通过485通讯控制多个某品牌的变频器为例：
如果该变频器的波特率是9600b/s，8个数据位，奇校验，1个停止位。那么首先必须在plc的嵌入C窗口的初始化代码区编程一个通讯口设置语句：Set485Port(9600,o,8,1);仅仅一个语句就完成了对485通讯口的编程。

由于485通讯必须设定主从关系，这里是plc控制多台变频器，所以plc必须设置为主，因此还需在初始化代码区增加一个地址和主从设定语句：SetAddress(1,MASTER);事实上，对于主控制器来说，地址已经失去意义。

通讯口已经设置完毕，下面就是如何根据要求将数据发送给变频器。

 简述：一、  在工业自动化控制系统中，较为常见的是三菱PLC和三菱变频器的组合应用，并且产生了多种多样的PLC控制变频器的方法，其中采用RS-485通讯方式实施控制的方案得到广泛的应用：因为它抗干扰能力强、传输速、传输距离远且造价低廉。但是，RS-485的通讯必须解决数据编码、求取校验和、成帧、发送数据、接收数据的奇偶校验、**时处理和出错重发等一系列技术问题，一条简单的三菱变频器操作指令，有时要编写数十条三菱PLC梯形图指令才能实现，编程工作量大而且繁琐，令设计者望而生畏。

  本文介绍一种非常简便的三菱FX系列PLC通讯方式控制三菱变频器的方法：它只需在三菱PLC主机上安装一块RS-485通讯板或挂接一块RS-485通讯模块； 在PLC的面板下嵌入一块造价仅仅数百元的“功能扩展存储盒”，编写4条较其简单的PLC梯形图指令，即可实现8台变频器参数的读取、写入、各种运行的监视和控制，通讯距离可达50m或500m。这种方法非常简捷便利，较易掌握。

  二、三菱PLC采用扩展存储器通讯控制三菱变频器的系统配置

  1、系统硬件组成

  三菱PLC采用扩展存储器通讯控制变频器的系统配置

  FX2N-485-BD通讯板外形图

  三菱变频器 PU插口外形及插针号

FX2N系列PLC(产品版本V 3.00以上)1台(软件采用FX-PCS/WIN-C V 3.00版)；FX2N-485-BD通讯模板1块(较长通讯距离50m)；或FX0N-485ADP通讯模块1块+FX2N-CNV-BD板1块(较长通讯距离500m)；FX2N-ROM-E1功能扩展存储盒1块(安装在PLC本体内)带RS485通讯口的三菱变频器8台(S500系列、E500系列、F500系列、F700系列、A500系列、V500系列等，可以相互混用，总数量不**过8台；三菱所有系列变频器的通讯参数编号、命令代码和数据代码相同。)；RJ45电缆(5芯带屏蔽)；终端阻抗器(终端电阻)100Ω；选件：人机界面(如F930GOT等小型三菱触摸屏)1台。

  2、硬件安装方法

  (1) 用网线**压接钳将电缆的一头和RJ45水晶头进行压接；另一头则按图1～图3的方法连接FX2N-485-BD通讯模板，未使用的2个P5S端头不接。

(2) 揭开PLC主机左边的面板盖, 将FX2N-485-BD通讯模板和FX2N-ROM-E1功能扩展存储器安装后盖上面板。

  (3) 将RJ45电缆分别连接变频器的PU口，网络末端变频器的接受信号端RDA、RDB之间连接一只100Ω终端电阻，以由于信号传送速度、传递距离等原因，有可能受到反射的影响而造成的通讯障碍。

3、三菱变频器通讯参数设置

  为了正确地建立通讯，必须在三菱变频器设置与通讯有关的参数如“站号”、“通讯速率”、“停止位长/字长”、“奇偶校验”等等。变频器内的Pr.117~Pr.124参数用于设置通讯参数。参数设定采用操作面板或变频器设置软件FR-SW1-SETUP-WE在PU口进行。

  4、三菱变频器设定项目和指令代码举例

参数设定完成后, 通过PLC程序设定指令代码、数据和开始通讯, 允许各种类型的操作和监视。

5、PLC编程方法及示例

  (1) 通讯方式

  PLC与变频器之间采用主从方式进行通讯，PLC为主机，变频器为从机。1个网络中只有一台主机，主机通过站号区分不同的从机。它们采用半双工双向通讯，从机只有在收到主机的读写命令后才发送数据。

  (2) 变频器控制的PLC指令规格

(3) 变频器运行监视的PLC语句表程序示例及注释

  LD M8000 运行监视；EXTR K10 K0 H6F D0 EXTR K10：运行监视指令；K0：站号0；H6F：频率代码(见表1)； D0：PLC读取地址(数据寄存器)。指令解释：PLC一直监视站号为0的变频器的转速(频率)。

  (4) 变频器运行控制的PLC语句表程序示例及注释

  LD X0 运行指令由X0输入；

  SET M0 置位M0辅助继电器；

  LD M0

  EXTR K11 K0 HFA H02 EXTR K11：运行控制指令； K0：站号0；HFA：运行指令(见表1)； H02：正转指令(见表1)。

AND M8029 指令执行结束； 字串9

  RST M0 复位M0辅助继电器。

  指令解释：PLC向站号为0的变频器发出正转指令。

(5) 变频器参数读取的PLC语句表程序示例及注释

  LD X3 参数读取指令由X3输入；

  SET M2 置位M2辅助继电器；

  LD M2

  EXTR K12 K3 K2 D2 EXTR K10：变频器参数读取指令； K3：站号3；K2：参数2-下限频率(见表2)； D2：PLC读取地址(数据寄存器)。

  OR RST M2 复位M2辅助继电器。

  指令解释：PLC一直读取站号3的变频器的2号参数-下限频率。

  (6) 变频器参数写入的PLC语句表程序示例及注释

  LD X1 参数变更指令由X3输入；

  SET M1 置位M1辅助继电器；

  LD M1

  EXTR K13 K3 K7 K10 EXTR K13：变频器参数写入指令；K3：站号3；K7：参数7-加速时间(见表2)；K10：写入的数值。

字串1

  EXTR K13 K3 K8 K10 EXTR K13：变频器参数写入指令；K3：站号3；K8：参数8-减速时间(见表2)； K10：写入的数值。

  AND M8029 指令执行结束；

  RST M1 复位M1辅助继电器。

  指令解释：PLC将站号3的变频器的7号参数-加速时间、8号参数-减速时间变更为10。

三、三菱PLC控制三菱变频器的各种方法综合评述与对比

  1、三菱PLC的开关量信号控制三菱变频器

  三菱PLC(MR型或MT型)的输出点、COM点直接与变频器的STF(正转启动)、RH(高速)、RM(中速)、RL(低速)、输入端SG等端口分别相连。PLC可以通过程序控制变频器的启动、停止、复位； 也可以控制变频器高速、中速、低速端子的不同组合实现多段速度运行。但是，因为它是采用开关量来实施控制的，其调速曲线不是一条连续平滑的曲线，也无法实现精细的速度调节。这种开关量控制方法，其调速精度无法与采用扩展存储器通讯控制的相比。

  2、三菱PLC的模拟量信号控制三菱变频器

  硬件：FX1N型、FX2N型PLC主机，配置1路简易型的FX1N-1DA-BD扩展模拟量输出板； 或模拟量输入输出混合模块FX0N-3A； 或两路输出的FX2N-2DA； 或四路输出的FX2N-4DA模块等。

  优点： PLC程序编制简单方便，调速曲线平滑连续、工作稳定。

  缺点： 在大规模生产线中，控制电缆较长，尤其是DA模块采用电压信号输出时，线路有较大的电压降，影响了系统的稳定性和可靠性。另外，从经济角度考虑，如控制8台变频器，需要2块 FX2N-4DA模块，其造价是采用扩展存储器通讯控制的5～7倍

3、PLC采用RS-485无协议通讯方法控制变频器

  这是使用得较为普遍的一种方法，PLC采用RS串行通讯指令编程。

  优点：硬件简单、造价较低，可控制32台变频器。

  缺点：编程工作量较大。从本文的*二章可知：采用扩展存储器通讯控制的编程较其简单，从事过PLC编程的技术人员只要知道怎样查表，仅仅数小时即可掌握，增加的硬件费用也很低。这种方法编程的轻松程度，是采用RS-485无协议通讯控制变频器的方法所无法相比的。

4、PLC采用RS-485的Modbus-RTU通讯方法控制变频器

  三菱新型F700系列变频器使用RS-485端子利用Modbus-RTU协议与PLC进行通讯。

  优点： Modbus通讯方式的PLC编程比RS-485无协议方式要简单便捷。

  缺点： PLC编程工作量仍然较大。

  5、PLC采用现场总线方式控制变频器

  三菱变频器可内置各种类型的通讯选件，如用于CC-bbbb现场总线的FR-A5NC选件； 用于Profibus DP现场总线的FR-A5AP(A)选件； 用于DeviceNet现场总线的FR-A5ND选件等等。三菱FX系列PLC有对应的通讯接口模块与之对接。

  优点： 速度快、距离远、效、工作稳定、编程简单、可连接变频器数量多。 字串4

  缺点： 造价较高，远远**采用扩展存储器通讯控制的造价。

  综上所述，PLC采用扩展存储器通讯控制变频器的方法确有造价低廉、易学易用、性能可靠的优势； 若配置人机界面，变频器参数设定和监控将变得更加便利。

  1台PLC和不多于8台变频器组成的交流变频传动系统是常见的小型工业自动化系统，广泛地应用在小型造纸生产线、单面瓦楞纸板机械、塑料薄膜生产线、印染煮漂机械、活套式金属拉丝机等各个工业领域。采用简便控制方法，可以使工程方案拥有通讯控制的诸多优势，又可省却RS-485数据通讯中的诸多繁杂计算，使工程质量和工作效率得到较大的提高。但是，这种简便方法也有其缺陷：它只能控制变频器而不能控制其它器件；此外，控制变频器的数量也受到了限制。

 三菱PLC在洗煤厂的具体应用有几点注意？

    答：一、 系统设计思路

根据洗煤厂工艺控制流程和实际要求，将系统分为三级控制具体技术思路如下：

1、 控制运算级

**级以日本三菱公司的新型Q系列PLC为控制核心，实现对洗煤厂设备的顺序启车、顺序停车、故障逻辑停车以及特殊要求的单台设备控制，对模拟量信号合格介质悬浮液密度、合格介质悬浮液磁性物含量、重介旋流器入口压力、合介桶液位的PID调节。

2、 集中监控管理级

*二级由两台工业控制计算机联网作为系统人－机交互窗口，组态软件采用“组态王”工控软件，实现对工艺运行数据的采集、图形监视、动态显示、记录分析、参数报警、日报表打印以及对现场设备逻辑启停等功能，两台计算机可以监控不同的画面，并具有相同的操作功能。计算机操作站放置在*室，可以随时了解电机、水泵、仪器设备的运行状况，便于生产调度指挥。该系统还配有生产调度模拟盘，显示全厂生产线设备的运行、停止状态。

3、 现场信号工作站

现场有70个工作站，可对现场电机、水泵等进行启停及启停显示、报警。现场信号工作站有三种工作状态：（1）自动状态时工作站所控制的设备由室控制；（2）手动状态时信号工作站所控制的设备不受*室控制由信号工作站控制；（3）零位状态时信号工作站所控制的设备不受*室和工作站控制，用于设备检修。现场工作站设备出现故障时能向室发出故障信号。在70个信号工作站中有16个信号工作站要有准备好信号输入，以便在自动状态时通知*室此工作站已经准备就绪，*室根据16个工作站全部准备就绪的信号发出启车信号后启动生产线。

二、系统控制结构设计 

1、 控制系统软硬件配置

系统控制级PLC（下位机）以三菱公司的Q系列PLC为系统控制核心；采用GX DEVELOPER Ver 8.0编程软件完成PLC系统组态编程（程序结构设计、地址定义、梯形图编写）程序调试。

监控站（上位机）采用基于bbbbbbs 2000操作系统，选用“组态王”组态软件完成监控画面组态、变量定义、设备运行状态画面组态、实时\历史曲线画面组态、报表组态。

现场液位传感器采用超声波液位计，能精确的采集现场液位信号，再通过富士变频器对水泵进行控制，从而实现对液位的PID调节。

整个控制系统实际I/O点总计如下：

数字量I/O点数:DI 90点 DO 58点

模拟量I/O通道:AI 8点 AO 8点

2、系统组网和PLC编程

两个监控站（上位机）之间采用以太网通讯，“组态王”组态时只需将两台计算机设定为“Web”通讯。其中一台计算机预装有GX DEVELOPER Ver 8.0软件，完成PLC程序设计、开发、调试工作以及和上位机的通讯。如果需要可以随时对程序运行监控和编辑。

3、 PLC程序结构

PLC程序编程可分为五部分:**部分是设备的逻辑顺序启车；*二部分是设备的逻辑停车；*三部分是设备故障逻辑停车；*四部分是设备非连锁状态的单机运行；*四部分是模拟量的PID调节(PID调节编程可以参考PID Control Instructions)。

三、 系统主要功能

1、 监控功能

洗煤厂重介洗选生产线全部设备的运行状态可以通过两台上位机操作站监控并动态模拟显示。通过上位机发出启车信号自动启动洗煤生产线的设备，对生产线的设备故障进行自动诊断，根据故障点位置按逻辑程序自动停车。*室上位机可以单机启车。

2、调节控制功能

洗煤厂各设备间的耦合程度高，单台设备故障会直接影响整条生产线生产，因此在PLC编程中对合格介质悬浮液密度、合格介质悬浮液磁性物含量、重介旋流器入口压力、合介桶液位等工艺参数PID调节作了优化编程，使其能在上位机轻松实现手/自动无扰动切换，从而不会影响生产线生产。

3、报警功能

系统具有故障报警（水泵、电机等启停故障）和密度、液位、压力等工艺参数**限报警。

4、系统联锁功能

系统可以现场操作、计算机联动和自动运行，并相互联锁。

5、通讯状态显示功能

系统可以显示PLC与两台上位机之间的通讯状态。

6、报表记录功能

系统可以准确的记录每台设备的运行情况（启动时间、停止时间、值班操作员）可以根据需要打印该报表。

7、曲线功能

系统可以对密度、液位、压力等工艺参数，以实时曲线、历史曲线的形式直观的显示在上位机画面上。

8、权限功能

为防止误操作和非专业人员随意改动参数，该系统分为三级权限分别为操作员（只能对一部分画面进行操作）、管理员（增加减少用户名修改密码）、工程师（较高权限）。

 问+答，如下：

    PLC如何设置时间的限制？

答：现在一般出厂的设备，都在三菱PLC中设置了时间限制，目的用于设备的一年质保期到了之后，如果设备使用方不发尾款，得不到输入密码，就不能再使用设备了。现在介绍一下用三菱FX系列PLC控制器的实现方法。

实现思路：其实实现起来比较简单，就是事先设定一个年、月、日(譬如设备发货后一年多点的一天)，然后用比较指令把当前的日期与这个设定好的日期进行比较，如果大于当前的日期，那么就输出一个位(M0)，然后利用这个M0加上一个输入X0来停止整个程序或是其中重要部分的程序的运行就可以了。X0是设备运行时必用并且重要的一个按钮。

三菱FX系列的PLC中，时间存放地址如图：

如果是想2008年10月8日设备就不能使用，程序可如下编写：

正如程序所示，如果日期到了之后，并且按下了X0，就会使M8037变为1，这时PLC就被强制为STOP，输出也就停止了。但相应触摸屏上的提示并没有被关掉，这时如果输入了正确的密码“88888888”后，密码会被保存到D0中(D0要被设成掉电保持的)，这时或下次开机后，PLC会比较出D0与事先设定好的密码“88888888”的数据一致，使M1变为0，从而取消强制PLC为 STOP，使PLC变为RUN，设备就可以跟以**样正常运行了。