西门子6ES7235-0KD22-0XA8诚信合作

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1、引言

在工业自动化控制系统中，为常见的是PLC和变频器的组合应用，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、传输速率高、传输距离远且造价低廉。但是，RS-485的通讯解决数据编码、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，一条简单的变频器操作指令，有时要编写数十条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通讯方式控制变频器的方法：它只需在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，易掌握。本文以三菱产品为范例，将这种“采用扩展存储器通讯控制变频器”的简便方法作一简单介绍。

2、三菱PLC采用扩展存储器通讯控制变频器的系统配置

2.1 系统硬件组成

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（长通讯距离50m）；

或FX0N-48DP通讯模块1块+FX2N-CNV-BD板1块（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等小型触摸屏）1台。

2.2 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。

2.3 变频器通讯参数设置

为了正确地建立通讯，在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。

2.4 变频器设定项目和指令代码举例

如表1所示。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。

2.6 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；

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。

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-减速时间变为10。

3、三菱PLC控制变频器的各种方法综合评述与对比

3.1 PLC的开关量信号控制变频器

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。

3.2 PLC的模拟量信号控制变频器

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。

3.3 PLC采用RS-485无协议通讯方法控制变频器

这是使用得为普遍的一种方法，PLC采用RS串行通讯指令编程。

优点：硬件简单、造价，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。

3.4 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。

3.5 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-AP（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、、工作稳定、编程简单、可连接变频器数量多。

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、性能的优势； 若配置人机界面，变频器参数设定和监控将变得加便利。

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。

4、结束语

本文较为详细地介绍了PLC采用扩展存储器通讯控制变频器的简便方法，并综合评述了三菱PLC控制变频器的各种方法。深入了解这些方法，有助于提高交流变频传动控制系统设计的科学性、性和经济性。读者可以根据系统的具体情况，选择合适的方案。本文介绍的简便方法尽管有其缺陷，但仍不失为一种有推广的好方法。

1引言

随着现代科学技术的发展，PLC己广泛地应用于工业控制微型计算机中。

目前，工业机器人关节主要是采用交流伺服系统进行控制，本研究将技术成熟、编程方便、性高、体积小的SIEMENSS-200可编程控制器，应用于可控环流可逆调系统，研制出机器人关节直流伺服系统，用以对工业机器人关节进行伺服控制。

2工业机器人关节直流伺服系统

工业机器人关节是由直流伺服电机驱动，通过环流可逆调速系统控制电机的正反转来达到对工业机器人关节的伺服控制的目的。

2.1控制系统结构

系统采用SIEMENS7-200型PLC，外加D／A数模转换模块，将PLC数字信号变成模拟信号，通过BT―I变流调速系统（主要由转速调节器ASR、电流调节器ACR、环流调节器ARR，正组触发器GTD、反组触发器GTS、电流反馈器TCV组成）驱动直流电机运转，驱动机器人关节按控制要求进行动作。

2.2系统工作原理

可控环流可逆调速系统的主电路采用交叉联接方式，整流变压器的一个副边绕组接成Y型，另一个接成△型，2个交流电源的相位错开30°，其环流电压的频率为l2倍工频。为了抑交流环流，在2组可控整流桥之间接放了2只均衡电抗器，电枢回路中仍保留一只平波电抗器。

控制电路主要由转速调节器ASR、电流调节器ACR、环流调节器ARR，正组触发器GTD、反组触发器GTS、电流反馈器TCV组成，其中2组触发器的同步信号分别取自与整流变压器相对应的同步变压器。

系统给定为零时，转速调节器ASR、电流调节器ACR被零速信号锁零。此时，系统主要由环流调节器ARR组成交叉反馈的恒流系统。由于环流给定的影响，2组可控硅均处于整流状态，输出的电压大小相等、性相反，直流电机电枢电压为零，电机停转，输出的电流流经2组可控硅形成环流。环流不宜过大，一般限制在电机额定电流的5％左右。正向启动时，随着转速信号Ugn的增大，封锁信号解除，转速调节器ASR输正，电机正向运行。此时，正组电流反馈电压+Ufi2反映电机电枢电流与环流电流之和；反组电流反馈电压-Uril反映了电枢电流，因此可以对主电流进行调节。而正组环流调节器输入端所加的环流给定信号-Ugih和交叉电流反馈信号-Ufil对这个调节过程影响小。反组环流调节器的输入电压为（+Uk）+（-Ugih）+（Ufi2），随着电枢电流的不断增大，当达到一定程度时，环流自动消失，反组可控硅进入待逆变状态。反向启动时情况相反。另外，可控环流可逆调速系统制动时仍然具有本桥逆变，反接制动和反馈制动等过程。由于启动过程也是环流逐渐减小的过程，因此，电机停转时，系统的环流达大值。环流有助于系统越过切换死区，改善过渡特性。

3系统程序设计

程序设计方案为手动输入一个角度值，让电机转动，通过与电动机相联的光电码盘来电动机转的角度，将转动角度变成脉冲信号。由于电动机的转速非常快，所以只能把脉冲信号送往PLC的高速计数器。然后将计数器的脉冲记录与手输入的进行比较，如果两者相等说明电动机已经到达角度位置，否则继续进行修正。值得注意的是，由于电动机从转动突变到停止会有一定的惯性，因此在进行信号比较时应允许有一定的误差，不然电动机就会始终处在修正位置状态。

4结论

基于PLC研制的直流伺服系统，利用PLC扩展能力强的特点，添装手动输放装置，实现工业机器人关节直流伺服系统的可视操作。其优点是：（1）改变电路结构，即可通过程序实现电机正反转的控制；（2）能够使电机不等待停止转动即可立刻反方向转动；（3）可令电机急停，避免电机惯性转动；（4）编程、维护方便。

1 引 言

近几年来，可编程序控制器（以下简称plc）因其性高、编程简单、抗干扰能力强等优点，在工业控制领域得到了广泛应用。但plc在人机交互性能方面较弱，然而工控组态软件（如组态王）具有良好的人机界面及控制决策能力。因此，将二者结合起来可有效实现整个生产过程的综合监控。东方日立（成都）电控设备有限公司生产的高压大功率变频器地将二者结合起来，实现变频器在昆钢自备发电厂高炉煤气发电机组送、引风机系统上的应用及节能计算。该系统采用上、下位机主从式结构，plc作为下位机通过modbus通信方式，完成工业现场数据的实时采集；上位机采用工业控制计算机，与plc之间通过工业以态网通讯方式，实现高压变频器在运行过程中的实时数据显示、故障报警等各项功能。同时，组态王又作为数据服务器，通过dde方式为节能软件提供实时数据，以助节能软件完成数据计算、动态曲线显示。

2 系统硬件配置

送、引风机高压变频装置通讯系统的硬件配置，主要包括mdm3000电力综合测试仪、集线器及实现远程监控的工业计算机。单元控制柜内所用的plc，选用西门子s7-200系列cpu226；通讯单元为西门子工业以太网模块cp243-1。数据采集器选用深圳亚特尔公司的mdm3000产品，实现变频器输入电压、输入电流等数据采集。工业计算机选用研华工控机ipc-610h，主要配置：cpu2.8g/256m（内存）；80g硬盘；集成显卡；另置网卡；50倍光驱；1.44m（软驱）和kb104+mouse。

3 系统软件基本原理及组态

系统软件包括：

（1）工控软件：组态王kingview5.1；

（2）用于s7-200编程软件的step7-microwin4.0；

（3）用于实现节能计算的的软件。

3.1 组态王kingview5.1

组态王是运行于microsoftbbbbbbs98/2000/nt/xp中文平台界面的人机界面软件。采用了多线程、com组件等新技术，实现了实时多，软件运行稳定。软件包从工业控制对象中数据，并记录在实时数据库中。它还负责把数据的变化以动画的方式形象地表示出来。同时还可以完成变量报警、操作记录、趋势曲线等监视功能，并按实际需要生成历史数据文件。

为实现组态王和外部设备的通讯，组态王内置大量设备的驱动程序作为组态王和外部设备的通讯接口，扩充了组态王的功能，为用户提供为灵活的应用空间。在数据交换时，我们定义组态王作为dde服务器端，与采用java软件开发的节能计算软件相互通讯。通过dde方式用户自编的应用程序可以与组态王无缝连接，进行数据交换。

3.2 用于s7-200的编程软件step7- microwin4.0

s7-200中plc程序用step7-microwin4.0软件进行编写，plc程序将modbus协议、tcp/ip工业以太网协议两种协议集于一身，实现变频器现场数据采集设备、上位监控设备的无缝连接。

3.3 实现节能计算的的软件

节能计算软件为日立北京公司，该软件实现两方面的功能：

（1）组态王数据；

（2）对的数据进行计算并以趋势曲线的方式加以显示。根据机组送、引风机工频运行工况数据，得到通过调节出口挡板改变风量的工频运行曲线；

（3）再根据实时监控得到机组送、引风机在变频运行工况下的运行曲线，然后将两条曲线制作到同一坐标平面下，这样非常直观地得到节能数据，并对采集到的原始及节能数据进行记录保存于工控机的硬盘上。

4 应用情况

送、引风机高压变频装置系统自2008年4月投运以来，启、停及智能监控性能优良。操作员从炉控室组态王监视画面可以实时监控送、引风机高压变频装置的输入电压、输入电流、输入功率等数据，大大减少了运行人员现场抄录设备运行数据的工作量；另外非常直观地得到送、引风机高压变频装置系统的节能情况。送、引风机高压变频装置系统微机化、数字化是提高了系统的性，有效地避免了机组送、引风机电动机以及电网所承受的冲击，了电动机及拖动设备的使用寿命，深受用户。

5 结束语

送、引风机高压变频装置是集高压电机软起动、运行监控、网络技术于一体的智能化调速、控制系统。实践证明原送、引风机采用高压变频装置后，大大地降低了厂用电，为用户带来了可观的经济效益，值得大力推广应用。

通过PC/PPI电缆的编程通信

通过PC/PPI电缆的编程通信是为常见的S7-200编程方式，很多人也在此遇到问题。

影响通信的因素很多，要顺利通信需要注意：

．检查Micro/WIN和bbbbbbs操作系统的版本兼容性

未经西门子版本兼容测试的往往有通信问题。

．使用西门子的PC/PPI电缆

包括用于连接PC机RS232串口的RS232/PPI电缆，和连接USB口的USB/PPI电缆。

编程通信要点

要进行S7-200的编程通信，注意使通信双方（即安装了Micro/WIN的PC机和S7-200的CPU或通信模块上的通信口）的通信速率、通信协议符合、兼容。否则不会顺利连通。

在具体工作中，参与编程通信的设备未必一定符合上述要求。例如，它们的通信速率就可能不一致。

注意以下几个通信速率，它们一致：

．S7-200 CPU通信口的速率

一个新出厂的CPU，它的所有的通信口的速率都是9.6K波特。CPU通信口的速率只能在S7-200项目文件中的“系统块”中设置，新的通信速率在系统块下载到CPU中后才起作用。

系统块的CPU通信口参数设置

．通信电缆的通信速率

如果使用智能多主站电缆配合Micro/WIN V3.2 SP4以上版， 只需将RS232/PPI电缆的DIP开关5设置为“1”而其他设置为“0”；而USB/PPI电缆不需要设置。老版本的电缆需要按照电缆上的标记设置DIP开关。

．由Micro/WIN 决定的PC机通信口（RS232口）的通信速率

这个速率实际上是去配合编程电缆使用的，在Micro/WIN软件中打开Set PG/PC Interface，设置PC用于同编程电缆通信的速率。USB口使用USB/PPI电缆，不需速率。

一、软故障的判断和处理

S5 PLC具有自诊断能力，发生模块功能错误时往往能报警并按预先程序作出反应，通过故障指示灯就可判断。当电源正常，各指示灯也指示正常，特别是输入信号正常，但系统功能不正常(输出无或乱)时，本着先易后难、先软后硬的检修原则检查用户程序是否出现问题。S5的用户程序储存在PLC的RAM中，是掉电易失性的，当后备电池故障系统电源发生闪失时，程序丢失或紊乱的可能性就很大，当然强烈的电磁干扰也会引起程序出错。有EPROM存储卡及插槽的PLC恢复程序就相当简单，将EPROM卡上的程序拷回PLC后一般都能解决问题;没有 EPROM子卡的用户就要利用PG的联机功能将正确的程序发送到PLC上。需要特别说明的是，有时简单的程序覆盖不能解决问题，这时在重新拷贝程序前总清一下RAM中的用户程序是相当必要的。通过将PLC上的“RUN”“ST”开关按RUN---ST---RUN---ST---RUN的顺序拨打一遍或在 PG上执行“bbbbbb-Blocks-Delete---inPLC-allblocks---overall-Reset”功能就完成了RAM中程序的总清。另外，保存在EPROM中的程序并不是万无一失的，过分相信EPROM上的程序有时会给检修带来困惑。所以在PLC电源模块维修技术中经常性的检查核对EPROM中的程序，特别是PG中的备份程序就显的尤为重要。

PLC 电源模块维修技术实例：一次，一台停机两个月的设备出现问题，上电后无法启动。工程师在检查后认为程序出错，很自然地将EPROM卡插入PLC中，总清后拷贝程序，完成后重启，故障依旧，由于程序不大，逐条把EPROM上的程序读出，与手册上的指令核对后发现一样，重复拷贝无效后认为是PLC硬件故障。我们用PG将备份程序调出，与EPROM上的程序进行比对，结果语句指令表相同，但程序存放地址发生了变化，把备份程序发送到PLC后设备运行正常。可见EPROM上的程序也出现了错误，用紫外线擦除后重新写入问题解决。

二、外围线路故障

据有关文献报道，在PLC控制系统中出现的故障率为：CPU及存储器占5%，I/O模块占15%，传感器及开关占45%，执行器占30%，接线等其他方面占 5%，可见80%以上的故障出现在外围线路。外围线路由现场输入信号(如按钮开关、选择开关、接近开关及一些传感器输出的开关量、继电器输出触点或模数转换器转换的模拟量等)和现场输出信号(电磁阀、继电器、接触器、电机等)，以及导线和接线端子等组成。接线松动、元器件损坏、机械故障、干扰等均可引起外围电路故障，排查时要仔细，替换的元器件要选用性能系数高的器件。一些功能强大的控制系统采用故障代码表表示故障，对故障的分析排除带来大便利，应好好利用。

PLC电源模块维修技术实例：一台水下切粒机的控制系统出现故障，工程师发现I5.4无输入导致Q7.0无输出，切粒机无法开启。检查后发现信号转换器和接近开关同时损坏，换后正常。象这类故障就具有一定的隐蔽性，排故时要借助万用表、系统原理图和逻辑图逐级排除。

三、PLC硬件故障

PLC的硬件故障较为直观地就能发现，维修的基本方法就是换模块。根据故障指示灯和故障现象判断故障模块是检修的关键，盲目的换会带来不必要的损失。

1、电源模块故障

一个工作正常的电源模块，其上面的工作指示灯如“AC”、“24VDC”、“5VDC”、“BATT”等应该是长亮的，哪一个灯的颜色发生了变化或闪烁或熄灭就表示那一部分的电源有问题。“AC”灯表示PLC的交流总电源，“AC”灯不亮时多半无工作电源，整个PLC停止。这时就应该检查电源保险丝是否熔断，换熔丝是应用同规格同型号的保险丝，无同型号的进口熔丝时要用电流相同的快速熔丝代替。如重复烧保险丝说明电路板短路或损坏，换整个电源。 “5VDC”、“24VDC”灯熄灭表示无相应的直流电源输出，当电源偏差出正常值5%时指示灯闪烁，此时虽然PLC仍能工作，但应引起重视，必要时停机检修。

“BATT”变色灯是后备电源指示灯，正常，黄色电量低，红色故障。黄灯亮时就应该换后备电池，手册规定两到三年换锂电池一次，当红灯亮时表示后备电源系统故障，也需要换整个模块。

2、I/O模块故障

输入模块一般由光电耦合电路组成;输出模块根据型号不同有继电输出、晶体管输出、光电输出等。每一点输入输出都有相应的发光二管指示。有输入信号但该点不亮或确定有输出但输出灯不亮时就应该怀疑I/O模块有故障。输入和输出模块有6到24个点，如果只是因为一个点的损坏就换整个模块在经济上不合算。通常的做法是找备用点替代，然后在程序中改相应的地址。但要注意，程序较大是查找具体地址有困难。特别强调的是，无论是换输入模块还是换输出模块，都要在PLC断电的情况下进行，S5带电插拔模块是不允许的。

3、CPU模块故障

通用型S5PLC的CPU模块上往往包括有通信接口、EPROM插槽、运行开关等，故障的隐蔽性大，因为换CPU模块的费用很大，所以对它的故障分析、判断要尤为仔细。

PLC电源模块维修技术实例：一台PLC合上电源时无法将开关拨到RUN状态，错误指示灯先闪烁后常亮，断电复位后故障依旧，换CPU模块后运行正常。在进行芯片级维修时换了CPU但故障灯仍然不停闪烁，至到换了通信借口板后功能才恢复正常。