三菱PLC与变频器在运动控制系统中的指令控制

　　目前，在工业控制中，越来越多地采用变频器来实现交流电机的调速。二菱PLC与二菱变频器性能稳定、性价比高且调试易上手，二者的配合使用已在运动控制系统中广泛应用。变频器调速控制一般采用通过变频器的控制面板或端子进行运行参数的设置。目前，变频器运行频率的没定方案应用较普遍的一是通过电位器来调节，二是通过控制PLC设定运行参数，然后通过D/A转换模块输出模拟信号(DC 0～10 V或4～20 mA)控制变频器输出频率。

1 三菱PLC控制变频器的控制方法

　　1.1 利用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。缺点：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。

　　1.2 利用PLC及模块输出模拟量信号控制变频器

　　三菱Fx1N型、FX2N型PLC主机，配置l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模块等控制变频器转速控制。此控制方法，PLC程序编制简单方便，调速曲线平滑连续、工作稳定。工业控制中使用较为普遍。

　　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。使用中应注意通讯线不能过长。

　　1.3 PLC采用RS-485通讯方法控制变频器

　　利用PLC与RS-485通讯控制变频器的应用是较为广泛的一种方法，PLC采用RS串行通讯指令编程。此控制方法硬件简单、造价最低，其抗干扰能力强、传输速率高、传输距离远且造价低廉。可控制32台变频器。

　　缺点：S-485的通讯要解决数据编码、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。

　　在PLC主机上安装一块RS-485通讯板或挂接一块RS-485通讯模块可解决编程量大的难题。

　　1.4 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。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。

　　1.5 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-Link现场总线的FR-A5NC选件；用于ProfibusDP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。此控制方法控制速度快、距离远、效率高、T作稳定、编程简单、可连接变频器数量多。

　　缺点：造价较高。

　　1.6 采用扩展存储器控制变频器

　　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“功能扩展存储盒”，编写几条简单的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。

　　缺点：只能用于不多于8台变频器的控制系统。

2 三菱PLC通过FX0N-3A模拟量扩展模块实现对变频器的控制

　　2.1 FX0N-3A模拟量扩展模块主要性能

　　FX0N-3A是三菱PLC模拟量输入输出模块的主要特点：

　　a．8位二进制分辨率的模拟量输入输出模块；
　　b．具有2通道模拟量输入和1通道模拟量输出的输入输出混合模块；
　　c．可以进行2通道的电压输入(DC 0～10 V、DC 0～5 V)，或者电流输入(DC 4～20 mA)；
　　d．1个通道的模拟量输出可以是电压输出(DC 0～10 V)或者电流输出(DC 4～20 mA)。

　　2.2 FX0N-3A模拟量扩展模块接线

　　模拟量输人和输出方式均可以选择电压或电流方式，这取决于用户的接线方式。在接线时要注意，使用电流输入时，端子[Vin]与[Iin]应短接；反之，使用电流输出时，不要短接[VOUT]和[IOUT]端子。如果电压输入/输出方面出现较大的电压波动或有过多的电噪声，则要在图中相应的位置并联1个0.1～0.47μF的电容。实际部件接线图如图1所示。

 
图1 FX0N-3A模拟量扩展模块接线图
 

3 三菱PLC与FX0N-3A模拟量扩展

　　模块控制FR-E700变频器实例三菱FR-E700系列变频器。该变频器额定电压等级为三相400V，适用电机容量15kW及以下的电动机。是一款小型和高性能变频器。

　　3.1 FR-E740变频器的接线

　　模拟量输入接线图如图2所示。频率设定(电压)：如果输入I)C 0～5 V(或0～10 V)，在5 V(10V)时为最大输出频率，输入输出成JF比。通过Pr.73进行DC 0～5 V(初始设定)和DC 0～10 V输入的切换操作。

 
图2 FR—E740变频器的模拟量输入接线图

　　频率设定(电流)：如果输入DC 4～20 mA(或O～5 V，0～10 V)．在20 mA时为最大输出频率，输入输出成正比。只有AU信号为ON时端子4的输人信号才会有效(端子2的输入将无效)。通过Pr.267进行4～20 mA(初始设定)和DC 0～5 V、DC 0-10 V输入的切换操作。电压输入(0—5 V/0～10 V)时，请将电压/电流输入切换开关切换至“V”。

　　频率设定公共端：频率设定信号(端子2或4)及端子AM的公共端子。请勿接大地。

　　3.2 PLC控制器的编程

　　变频器控制采用PLC特殊功能模块读指令FROM(FNC78)和写指令TO(FNC79)，读写FX0N3A模块实现模拟量的输入和输出。输出模拟量电压对变频器进行实时的连续控制。下面介绍一下FROM、TO指令的使用。D/A转换编程示例如图3所示。

 
图3 D／A转换编程示例

4 结束语

　　在现代工业控制系统中，PLC变频器的综合应用最为普遍。比较传统的应用一般是使用PLC的输出接点驱动中间继电器控制变频器的启动、停止或是多段速；更为精确一点的一般采用PLC加D/A扩展模块连续控制变频器的运行或是多台变频器之间的同步运行。本文讨论了三菱PLC同其变频器的FX0N-3A模拟量扩展模块控制功能的编程和应用，有助于读者进一步对三菱PLC与变频器在运动控制系统中的研究和应用。