西门子模块6ES7307-1KA02-0AA0安装调试

    PLC由于稳定可靠、结构紧凑、简单易学、功能强大和使用方便已经成为应用面*广、*广泛的通用产业控制装置，成为现代产业自动化控制的主要支柱之一[1]。而单片机由于本钱低廉，使用灵活，功能多样，在自动化领域应用及其广泛，往往在一个控制系统中可能会出现单片机和PLC共存的情况，假如使二者互相联系，互相通讯，具有非常重要的现实意义。
         2  硬件以及通讯原理分析
    西门子S7-200系列PLC拥有RS-485串行口，所以要使MCS51单片机与S7-PLC进行通讯，可以采用几种通讯方式。其中之一就是可以通过MCS-51的串行口与MAX485芯片相接，然后与S7-200 PLC的RS-485口进行通讯，其硬件连接如图1所示。

    S7-200 PLC是串行通讯方式*为丰富的小型PLC，支持多种通讯协议，如点对点接口协议（PPI协议）、多点接口协议（MPI协议）和PROFIBUS协议以及自由通讯协议等。其中自由通讯协议又叫用户定义协议，利用自由端口模式，可以实现用户定义的通讯协议，连接多种智能设备，使用起来非常方便，在第三方工程接进中取得了巨大的成功。

    在自由端口模式下，PLC的串行通讯接口由用户来控制，通过梯形图程序以及和单片机的汇编语言进行配合，来使用完成中断、字符接收中断、发送完成中断等，通讯协议由用户完全控制。这时单片机处于主机状态，由单片机主动发送握手信号，PLC接到信号后被动反馈信息即可。

3 通讯系统设计

         3.1 通讯协议设计

    定义根据经验和有关参考资料，定义协议结构和参数。

    （1）通讯波特率为9.6kbps，无校验，8个数据位，1个可编程位，1位起始位，1位停止位。

    （2）定义通讯协议的数据流结构的格式为起始码、命令码、元件首址、字节数、数据块、BCC校验码和结束码。

    ● 起始码：表示单片机与PLC开始发送数据，是数据流第一个字符，告诉PLC开始进行通讯了，可以用00H表示
    ● 命令码：表示单片机对PLC的各种操纵：
      40H：读取目标元件 I、Q、V、M、SM、L、T、C等的数据或状态；
    41H：修改目标元件 I、Q、V、M、SM、L、T、C等的数据或状态；
    42H：强制目标单元为ON；
    43H：强制目标单元为OFF；
    ● 元件首址：表示PLC内部的元件类型以及寄存器的地址（但不能表示一个位地址）。前两个字节表示寄存器类型，后两个字节表示寄存器号。00 00（H）：I寄存器区 01 00（H）：Q寄存器区。02 00（H）：M寄存器区 08 00（H）：V寄存器区；
    ● 字节数：从元件首地址起，读取或写进PLC元件的数据个数数据块：预备读取或者写进PLC的数据或状态；
    ● BCC校验码：在传输过程中，指令有可能受到任何的干扰而使原来的数据信号发生扭曲，此时的指令当然是错误的，为了侦测指令在传输过程中发生的错误，接收方必须对指令作进一步的确认工作，以防止错误的指令被执行，*简单的方法就是使用校验码。BCC校验码的方法就是将要传送的字符串的ASCII码以字节为单位作异或和，并将此异或和作为指令的一部分传送出往；同样地，接收方在接到指令后，以相同的方式对接收到的字符串作异或和，并与传送方所送过来的值作对比，若其值相等，则代表接收到的指令是正确的，反之则是错误的
    ● 结束码：结束字符标志着指令的结束，在本例中被定义为FFH，不同的PLC从站可以定义不同的结束字符以接收针对该PLC的指令。

         3.2 通讯程序的实现

    （1）单片机端程序的实现。单片机在主程序中初始化，采用串行口工作方式3[2]，波特率为9.6kbps，采用单片机作为主机，向PLC进行呼唤，定期读取数据或者写进数据，其程序流程图参见图2。

（2）PLC端程序流程图的实现。PLC端作为从机，采用梯形图或者STL编程，主要是先设置通讯协议，然后按照协议把采集到的数据进行处理，再发送给主机单片机，其具体的程序流程图如图3所示。

         4  结束语

    本文利用单片机与PLC的串行通讯方法，成功的应用于多个项目中，实际表明该方法简单可靠，本钱低，而且易于扩充经济实用的其它功能，如A/D、D/A等功能，取得了较好的社会效益和经济效益。

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、超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条极其简单的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，极易掌握。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

　如图1~图3所示。

　　图1 三菱PLC采用扩展存储器通讯控制变频器的系统配置

图2 FX2N-485-BD通讯板外形图

图3 三菱变频器 PU插口外形及插针号(从变频器正面看)

　　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-485ADP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，总数量不超过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) 用网线专用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，以消除由于信号传送速度、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，必须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。

　　2.5 变频器数据代码表举例

如表2所示。

　　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

　如表3所示。

　　(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。

　 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。

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。

　 3.3 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*低，可控制32台变频器。

　　缺点：编程工作量较大。从本文的第二章可知：采用扩展存储器通讯控制的编程极其简单，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-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、效率高、工作稳定、编程简单、可连接变频器数量多。

　　缺点：造价较高，远远高于采用扩展存储器通讯控制的造价。

　，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极大的提高。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、先进性和经济性。读者可以根据系统的具体情况，选择合适的方案。本文重点介绍的简便方法尽管有其缺陷，但仍不失为一种有推广价值的好方法。