三菱变频器与西门子PLC通讯的实现

1、变频器由于其应用简便和性能可靠，已成为工业传动装置中首选的电机控制器，现代变频器采用微计算机数字控制技术构成，并提供了标准的工业通讯接口和内置协议（如profibus、cclink等），为变频器的远程监控提供了必要的基础。profibus-dp 做为现场总线profibus标准中一种，是一种高速（数据传输率为 9.6kb/s12mb/s ）、经济、可靠的现场级网络，已经在工业控制得到了广泛的应 用。本文以三菱公司的fr-a740 变频器为基础，研究了 simenzs7-300plc 与fr-a740在profibus-dp网络中通讯的实现，它在笔者所参与的胎面挤出生产线中得到了实践论证。为后续

2、建立变频器的集中监控打下了基础。2基于profibus-dp控制系统结构的构建fr-a740与profibus-dp网络的连接是通过安装a7np通讯卡来实现的，其典型配置如图1所示，我们可以把系统分为三层结构，分别为监控层、控制层、执行 层。ipc作为监控层，采用mcgs组态软件，用于对系统进行监控，plc做为控制层, 它作为工控机与变频器之间的桥梁，一方面，它对变频器进行控制，另一方面将生产线上信息（如变频器的速度、报警等）传达给工控机，其中 ipc与plc采用mpi（multipointinterface ）。变频器作为执行层，将 plc下达的指令执行，实现对电 机的控制。图1基于prof

3、ibus-dp控制系统结构图3变频器数据通讯的实现3.1 参数设置在进行设备通讯之前， 必须对变频器的相关参数进行设置， 首先在 a7np 卡上设 置网络节点地址，必须要与 step7 硬件组态中设置的地址完全一致，这个设置主要 通过 a7np 上 sw3 ，sw1 两个旋钮开关来调节的，另外其他主要参数设置如表 1 所 示，它们是在 fr-a740 的操作面板设置的。3.2profibus 通讯协议对于调速驱动装置， 根据变速驱动行规， 在周期型通道中传输的数据结构被定义 为参数过程数据对象 pp0(parameterprocessobject) 。这个通道经常被称为标准 通道，其中包含有用

4、的用户数据。可用的数据结构分为两个部分且能用报文分别传 送：过程通道 pzd 部分、参数通道 pkw 部分，具体的协议报文结构如图 2 所示。图 2profibus-dp 报文中有效的数据结构变速驱动行规对 ppo 的结构、长度作了更具体的规定，常用的参数过程数据对 象 ppo 一共有 5 种类型，按照可用数据有无参数通道及过程通道的数据字的多少来 划分：(1) 可用数据有数据区而无参数区，有两字或六个字的过程数据，如 ppo3 和 pp04 。(2) 可用数据有参数区和数据区，且有两个字、六个字或是个字的过程数据，如 ppo1 、ppo2 、 ppo5 。常用的 ppo 类型如表 2 所示。

5、选用那种类型的 pp0 ，取决 于在硬件组态中的设置。过程数据在传动系统中总是以最高优先级进行传送和处理， 它主要传送传动装置的状态信息和控制信息。参数数据运行存取传动系统的所有参数。因而，它能够在不影响过程数据传输性能的情况下，从上一级系统调用参数值、 诊断值、故障信号等。pkw 区说明参数数值（ pkw ）的数据接口处理方式。 pkw 接口并非物理意义的 接口，而是一种通讯机理。这一机理确定了参数在两个通讯伙伴之间 （如 plc 和变频 器之间 ） 的传输方式。 pkw 参数区一般包含 4 个字。前两个字（ pke 和 ind ）的信息 是关于主站请求任务（任务识别标记id ）和从站应答响

6、应（应答识别标记id ）的报 文。 pkw 的后两个字（ pwe1 和 pwe2 ）用来读写具体的参数数值。pkw 参数通道的第一个字是参数标识符 pke 。位 0 到 10 （pnu ）包括所请求的 参数号，它决定所要执行的参数读写任务访问的是数组参数中的哪一个元素。位 11 （ spm ）是用来参数变更报告的触发位。位 12 到位 15 （ ak ）包括任务标识 id 和 应答标识 id.pkw 参数通道的第二个字变址 ind 的位 12 到 15 位是参数号 pnu 的扩展页号， 它和参数标识符基本参数号 pnu 共同产生完整的传动装置参数号。变址 ind 的 0 到 7 位为带数组的参

7、数寻址提供数组下标，决定访问数组参数的哪一个元素。第三和第四字为参数数值（ pwe ）。参数值总是以双字来传送，在 ppo 报文中， 一次只能传送一个参数值，由 pwe1（ 高位字 ） 和 pwe2 （低位字）共同组成一个 32 位参数数值。当用 pwe2 传送一个 16 位参数值，必须在 dp 主站中设置高位字 pwe1 为零。利用 pkw 参数通道修改驱动装置参数必须遵守以下规则：（1 ）一个任务或一个应答仅能涉及一个参数。（2 ）主站必须重复地发送任务报文直到从从站那里得到相应的应答报文。主站 通过对应答识别 id 、参数号、变址下标和参数值的处理识别任务的应答。（3 ）完成的任务必须送

8、出一个报文，对于应答也一样。（4）在应答报文中重复的实际值总是当前的最新值。（5 ）如果在周期工作中不需要 pkw 参数通道的信息而只需要 pzd 过程通道的 信息，则任务 id 被发布为 “无任务 （用 0 表示）”。过程通道 pzd 区是为监测和控制调速驱动装置而设计的， 在 dp 主站和从站中收 到的 pzd 报文总是以最高的优先级处理，即处理 pzd 过程通道的优先级高于处理参 数通道 pkw 的优先级，而且 pzd 过程通道总是传送调速驱动装置上当前最新的有效 数据。通常 dp 主站给传动装置的任务报文中，第一个 pzd 字为控制字，第二个字 为主设定值；传动装置给 dp 主站的响应

9、报文中，第一个 pzd 字为状态字，第二个 字为主实际值。本文中 fr-a740 采用 pp03 的数据传输结构，即使用过程通道（ pzd ）控制和监 测变频器的工作，而没有使用参数通道（ pkw ）修改变频器的内部参数。 pp03 的数 据结构如表 3 所示。主站给 fr-a740 的 pzd 任务报文的第一个字 pzd1 是变频器的控制字 （stw） ，其 每一位的含义如表 4 所示。对于变频器收到的控制字，其中位 10 必须设置为 1 。如果位 10 是 0 ，变频器 将以从前的控制方式继续工作。主站给变频器的 pzd 任务报文的第二个字 pzd2 字 是变频器的主设定值（hsw ）,即

10、主频率设定值，以十六进制发送，最小单位是O.OIhz。变频器给主站的 pzd 应答报文的第一个 pzd 字是变频器的状态字( zsw ), 其每一位的含义如表5所示。pzd应答报文的第二个字是主要的运行参数实际值(hiw )通常，把它定义为变频器的实际输出频率。4plc 程序的编写在编写变频器通讯程序时， 首先应该读取变频器的状态字， 判断变频器是否准备 就绪，如果没有就绪则判断是否存在故障，若有故障要判断故障的类型，给出相关 的故障提示信息。然后根据操作指令组装控制字，设定主频率值，同时实时读取从 站的应答报文，完成运行状态的在线显示。其程序结构框图如图 3 所示。图 3 变频器通讯程序流程

11、图plc 作为总线主站读 pzd 应答报文是通过调用 s7 系统功能 sfc14(dprd_dat) 来实现， sfc14 用于从一个标准的 profibus-dp 从站读取一串连续的数值，读取数 值的长度取决于 cpu 的类型，它有三个形式参数： dp 从站的读数据区的首地址、存 放数据变量的首地址、存放错误代码的地址。若能正确读取数据，错误代码返回 0000(hex); 若读取出错，错误代码为非零值。同理，写 pzd 报文是通过调用系统 功能 sfc15(dpwr_dat) 来实现的，它也有三个入口参数： dp 从站写数据区的首地 址、存放待写入数据变量的首地址、存放错误代码的地址。若正确

12、写人，错误代码返回 0000 (hex ) ;若写入出错，错误代码为非零值。以下是部分程序代码。calldprd_dat/ 调用 sfc14 读取 pzd 应答报文ret_val:=#error_code_i-n/ 存储错误代码的返回变量record:=#bpq_in/ 存放应答报文的首地址lw#16#fl#bpq_in.state_pzd1/pzd1字aw/ 判断变频器是否就绪jnnr/ 没有准备就绪clr=#fault/ 清内部故障标志位l#control_word1tbpq_out.control_pzd1/写从站固定控制字spee:l#speed_iwtbpq_out.control_pzd2/写主频率给给定数值calldpwr_dat/ 调用 sfc15写 pzd 任务报文laddr:=#addres_qw/dp 从站写数据区的首地址record:=#bpq_out/ 存放任务报文的首地址ret_val:=#error_code_-out/ 存储错误代码的返回变量nopcalldprd_dat/ 调用 sfc14 读取 pzd 应答报文 laddr:=#addres_iwret_val:=#error_code_inrecord:=#bpq_inl#bpq_in.state_pzd2t#actual_