5 TD3000矢量变频器与PLC的通讯原理及协议
变频器与PLC的通讯通信是双向进行的，因此收发双方同时都具备收发设备。但双方可共用一个传输媒介，也可各自拥有单独的传输媒介。传输系统和交换系统共同组成一个完整的通信系统，直至构成复杂的通信网络。而这个简单的系统也基本上包含通信方面的一些基本技术:编码技术、传输技术。本系统TD3000矢量变频器通用变频器接入RS485总线采用"单主多从"PLC控制网。如图6所示。
图6 单主机多从机PLC控制网
TD3000矢量变频器采用两线制的RS485接口协议作为现场监控和调试协议。它以主从方式构成工业监控网站，在网络内有1个主站，1-31个从站，各站点由唯一的标识码识别。这样上位机便能通过RS485通信线，对挂在上面的变频器进行控制操作。TD3000矢量变频器采用主机"轮询"，从机"应答"方式。其通信方式为RS-485，波特率最高可达125Kbps;数据格式为:1位起始位，8位数据位，1位奇偶效验位，1位停止位。变频
(1) 起始字节:02H;
(2) 从机地址:范围2~126;
(3) 功能码操作命令/响应字:范围0~15，功能码组号+功能码号。功能码组号范围0~16(BIT8~BIT11)，功能码的范围0~99(BIT0~BIT7)，遵循先发高字节，再发低字节的原则;
(4) 功能码设定/实际值:变频器参数设置，修改范围见参数表;
(5) 控制字/状态字:控制变频器的启动/停止，反映变频器的运行状态，故障报警等;
(6) 主设定值/运行数据实际值:运行数据设定值由用户根据控制要求来设定，通过设定功能码的形式来实现。内容包括:运行设定频率、设定转速、设定线速度、闭环设定等等。运行数据实际值是由设定值来决定。例如:实际运行频率、实际转速等等。当状态字反映出运行故障时，实际值将为故障代号;
(7) 帧校验:帧校验方式为异或校验法，计算方法为本帧数据字节的连续异或结果。
将变频器的通信数据格式，波特率，以及通信地址设置好，例如以50Hz运行2#变频器。需要将变频器频率设定成F0.03=6。如表2所示:
表2 数据帧的具体格式
由通讯可以控制变频器的起/停、故障检测、故障复位、速度和转向控制，由PLC通过RS485接口完成。
6 控制系统中变频器与PLC通讯控制软件设计
由于系统生产工艺并不复杂，所以如何实现PLC与变频器之间的通信是整个设计的重点、难点。要实现对变频器的通讯控制，要求PLC进行通讯编程，通过程序实现PLC与变频器信息交换的控制。要求注意以下几点
(1) 通信程序由通信口初始化、运行、停止、速度设定等部分组成，主机握手等待时间，从机最长响应时间8ms，超时则判定为通信失败,轮询RS485网络内的每一个从站，主站必需定期轮询，包括无应答时，应呼叫3次，保证能及时发现从站的通信故障。从站在一定时间间隔后若未接收到任何报文则认为发生断线故障，随后进入故障安全状态。
(2) PLC程序应完成FX2N-485BD通讯适配器的初始化、控制命令字的组合、代码转换及变频器应答信息的处理等工作。在该系统1:2多分支通讯网络中，每个变频器为一个子站，每个子站均有一个站号，事先由参数设定单元设定。具体参数如表3所示。
表3 参数设定表
以上参数是修改的实际值，其余参数调整是按厂家出厂值设定，注意采用闭环编码器时，编码器的分辨率和转向。
(3) 工作过程中，FX2N-485BD发有关命令信息后，各个子站均收到该信息，然后每个子站判断该信息的站号地址是否与本站站号一致。若一致则处理该信息并返回应答信息;若不一致则放弃该信息的处理，这样就保证了在网络上同时只有1个子站与主站交换信息。如图7所示。
图7 发送信息交换过程
(4) 由于FX2N通讯的收发状态切换较慢，取决于PLC的扫描周期，这个时间估计为3ms左右，因此在与TD3000通讯时，接收不到变频器的应答数据(变频器返回数据约1ms)，因此我们考虑变频器软件做非标，调整返回信息时间。
(5) 正常工作时变频器与PLC通讯控制软件设计的程序流程图如图8所示。
图8 变频器与PL
C通讯控制软件的流程图7 人机界面触摸屏的设计
在人机界面中，设计了7幅画面，包括整体图形，运行监控、参数修改、速度输入，故障显示，机器速度和密码保护等。故障显示使用指示器，给出位元件即可实现闪动效果，让操作者很方便的知道故障部位，整体感很好。监控画面如图9、图10所示。
图9 触摸屏监控画面
图10 触摸屏操作画面
8 实际应用效果
通过用户将近二年的长期使用证明，TD3000矢量变频器加编码器闭环组成的比例随动自动控制系统，在钢绳生产线上采用RS485网络控制是一种十分理想的控制方式，它有许多值得借鉴的优点:
(1) 采用通讯控制变频器，具有硬件逻辑简单、抗干扰能力强的特点。以此方式，可以实现全车间的现场总线网络控制。
(2) 两台电机比例同步跟随精度高，尤其是采用编码器闭环以后，转速精度可以控制在±1r/min左右，完全满足工艺控制的要求，质量明显
(3) 系统的动态响应快，对于负载的急变，主牵引速度的快速变化都能很快跟随调整好。
(4) 调速范围广，闭环可达1000:1，我们采用了变频电机，在低速情况下完全可以长期运行，在高速下，只要挤出机能满足要求，主机牵引可达60Hz以上，极大的满足了产量的要求。
(5) 操作简单，速度比调整需要在触摸屏上设置绳径、螺距，系统根据公式自动计算牵引速度比，按下启动就可以了。
总之将此技术运用到涂塑机的速度比例控制上，收到很好的效果，产品质量有了显著提高，调速方便，减少机器机械的冲击和磨损，改变电机温升，延长电机寿命，故障很少且易于排除，得到用户的欢迎。
