PLC通过自由通讯口方式与变频器通讯

1  引言
      在传统的plc——变频控制集成系统中，变频器的启动/停止与故障监控由plc通过开关量实现端对端控制。变频器频率是由plc通过模拟量输出端口输出0～5（10）v或4～20ma信号控制，需要plc配置昂贵的模拟量输出端口模块。变频器出现故障时由plc读取变频器的故障报警触点，对具体故障原因并不清楚，需查询变频器报警信息后再阅读变频器说明书才知道。随着交流变频控制系统及通讯技术的发展，可以利用plc及变频器的串行通讯的方式来实现plc对变频器的控制。
2  变频器的选型
      danfoss vlt系列变频调速器提供串行通讯技术的支持。它所支持的串行通讯技术包括标准rs-485、profidrive、lonworks在内的多种现场总线方式。其中，rs-485通讯方式为用户提供了无需附加任何费用的、最为廉价实用的串行通讯方式。只需按照danfoss vlt变频器规定的通讯数据结构、控制字和状态字格式发送数据即可实现与vlt变频的通讯。vlt为用户提供了两种控制字和状态字格式标准:即danfoss标准的danfoss fc协议和profibus标准的profidrive协议。其中fc协议为用户提供了更多的与vlt有关的控制信息和状态信息。本项目中选用danfoss fc协议。
3  plc的选型
      西门子工控产品在工控领域应用市场中有较高的占有率。s7-200系列是西门子simatic plc家族中的小规模plc成员，自由通讯口方式是s7-200 plc的一个特色的功能，它使s7-200 plc可以由用户自己定义通讯协议。利于自由通讯口方式，在本系统中plc可以与变频器和方便连接。plc通过自由通讯口方式与变频器通讯，控制变频器的运行，读取变频器自身的电压、电流、功率、频率和过压、过流、过负荷等全部报警信息等参数，这比通过外部端口控制变频器的运行具有较高的可靠性，节省了plc宝贵的i/o端口，又获的了大量变频器的信息。在本例中，作者将按照danfoss fc协议来对s7-200的自由口进行编程。
4  vlt串行通讯
4.1  vlt通讯原理
      vlt变频器的串行通讯为异步半双工的方式，使用字节奇偶校验和块传送异或校验方法。每个变频器都配备有一个标准的rs-485通讯端口，使协议可以通过rs-485电气接口来进行传输。plc为主机，变频器为从机，系统电码的传输由主机控制，主机不断发出某个地址的电码给从机，等待从机的响应。主机最多能带31个从机，在有中继器的情况下，可以增加到126个从机，也就是从机的地址最多可以设定到126。通讯时，每一个字节从一个起始位开始实行传送，然后再传递8个数据位，相应地组成一个字节，每个字节由一个奇偶校验位来验证传送的正确性，然后由一个终止位结束。这样一个字节共由11个位组成。
4.2  vlt电码结构
      每个电码由一个起始字节（stx）开始，这个起始字节为stx=02h。随后紧跟一个表示电码长度（lge）的字节和表示变频器地址的字节（adr）。然后是一些数据字节（随电码类型而变）。整个电码由一个数据控制字节（bcc）来结束。结构如附表。

附表   vlt电码结构
在上述数据结构中:
（1） pke占用两个字节，包括参数命令类型和参数数目;
（2） ind为索引，也占用两个字节，索引字节用于表明它是一个读命令还是写命令。在读命令中必须具有0400h的格式，在写命令中必须具有0500h的格式;
（3） pwe为参数值块。占用四个字节，分为高字（pwe h）和低字（pwe l）。“比如主机要改变当前的变频器参数，新的参数就应写在参数pwe中发送给变频器;”
（4） pcd为过程块，占用4个字节。它有两种状态，当主机发给从机时，pcd1为控制字，pcd2为参考值;当从机发给主机时，pcd1为状态字，pcd2为当前的输出频率;
（5） bcc为数据控制字节。由它来对接收到的命令进行检验正确与否。它的初始值为0，然后对该字节以前的所有字节进行异或。
5  plc编程示例
5.1  变频器初始化子程序
      plc在第一次扫描时执行初始化子程序，对端口及rcv指令进行初始化。为了增加程序的可靠性，在初始化完成后，如果检测到端口空闲时则运行rcv指令使端口处于接受状态。初始化子程序如下:
        network 1  // 网络标题           
        检测端口空闲可编在主程序中
        // 设定端口属性
        ld  sm0.0
        movb  73, smb30
        network 2
        // 接收信息状态
        ld  sm0.0
        movb  102, smb87
        network 3
        ld  sm0.0
        movb  16#02, smb88
        movb  50, smb92
        movb  50, smb94
        r   sm87.2, 1
        network 4
        ld  sm0.0
        atch  int1, 23                    
        //连接口0接收完成的中断
        network 5
        ld  sm0.0
        atch  int0, 9                    
        //连接口0发送完成的中断
        network 6
        ld  sm0.0
        eni
        //中断允许
        network 7
        ld  sm0.0
        movd  &vb250, vd220               
        //装入地址指针
        movb  0, vb242                    
        //bcc码寄存器清零
        movd  &vb300, vd224               
        //装入地址指针
        movb  0, vb246                    
        //bcc码寄存器清零
5.2  变频器参数修改子程序
      当要改变当前变频状态的信息需传送时，调用“控制子程序”。首先它要禁止端口的接收，然后对控制电码进行编辑和bcc检验码计算，并发送;当没有改变当前变频状态的信息需传送时，调用“空命令”子程序。因为plc如果要读取变频器的当前工作状态，就要给变频器发送命令，而“控制子程序”代码繁琐，执行效率不高，我们可以将“空命令”程序需传送的电码预先编排好（可以用短电码），“控制子程序”程序代码如下:
        network 1
        ld  sm0.0 //停止端口0的接收
        r   sm87.7, 1
        rcv  vb300, 0
        network 2
        ld  l0.0
        movw  16#047c, vw211
        movw  lw1, vw213
        network 3
        ld  l0.1
        movw  16#0434, vw211
        movw  0, vw213
        network 4
        ld  sm0.0
        movw  lw1, vw213
        network 5  // 网络标题
        // 网络注释
        ld   sm0.0
        movb   16#02, vb200
        movb   16#0e, vb201
        movb   lb3, vb202
        movd   0, vd203
        movd   0, vd207
        hta    vb200, vb250, 15
        network 6
        ld      sm0.0 //计算bcc校验码
        for    vw240, +1, +15
        network 7
        ld      sm0.0
        xorb   ＊vd220, vb242
        network 8
        ld     sm0.0
        incd   vd220
        network 9
        next
        network 10
        ld     sm0.0
        hta    vb242, vb265, 1            
        //bcc校验码写入发送缓冲区
        network 11
        ldb=   vb251, 16#0e               
        //发送缓冲区准备好后进行发送
        s      s0.1, 1
        network 12
        lscr   s0.1
        network 13
        ld     sm4.5
        xmt    vb250, 0
        network 14
        scre
5.3  变频器通讯完成处理
      发送完成后执行发送完成中断程序，它的操作包括:允许rcv;bcc码寄存器清零;重新装入用于计算bcc校验码的地址指针;接收缓冲区中存放指令结束字符的字节清零，用来判断下一条指令格式是否正确。
      接收完成后执行接收完成中断程序，它会将接收缓冲区中的十六进制ascii码还原成数据并保存。然后调用“接收处理”子程序。它主要是求出接收缓冲区中指令的bcc校验码并与指令中的bcc校验码进行比对，并对电码中的数据进行处理。
6  结束语
      使用此方法采用西门子ｐｌｃ通过自由口使用danfoss fc协议对danfoss变频器进行控制，极大地减少了线路连接的复杂性，避免了现场可能的各种电磁干扰对控制设备的影响。

恩，不错，谢谢楼主关于变频器的帖子