0 引言

　　變頻調速技術近年來發展很快，應用于各行業在節約電能的同時可以減少排放、降低能耗，因此理解并掌握變頻器的控制，具有十分重要的現實意義。變頻器的控制可以采用PLC、單片機等作為控制核心，由于PLC 具備可靠性高、編程簡單、維護方便等突出優點，越來越多的工業控制場合選用PLC和變頻器用于電機的調速控制。

　　基于PLC的變頻器的控制包括模擬方式控制和串口通信方式控制，其中，串口通信包括有協議通信和無協議通信，有協議通信如文獻[1]所述，幾乎不用編程，正確連接后就能實現串口通信。本文著重介紹了基于歐姆龍CP1H 系列PLC 的臺達VFD 系列變頻器的模擬方式控制和無協議通信方式控制。

1 VFD系列變頻器與CP1H系列PLC簡介

　　VFD系列變頻器是臺達電子集團驅動類自動化產品之一，具有節能效果好、供電范圍寬、控制精度高等特點，可任意設定V/f 曲線，廣泛應用于恒壓供水、空調、風機、鍋爐、水處理、城市建設等自動化控制領域。

　　CP1H 系列PLC 是歐姆龍公司推出的一款小型PLC，性能與西門子S7-200 相當，包括CP1HX標準型、CP1H-XA模擬量內置型和CP1H-Y 高速定位型三種型號，適用于紡織、印刷、包裝、橡塑及醫療等行業的機械設備控制。該機型外形小巧、速度極快、功能強大，具備1 個USB 口、2 個RS232C或RS485 可選的串行通信口，可實現上位鏈接、無協議通信、NT 鏈接、串行網關功能、串行PLC鏈接等功能。

2 模擬量控制方式

　　2.1 模擬量控制方式的變頻調速系統組成

　　系統組成框圖如圖1所示，包括PLC、變頻器、電機以及測速反饋裝置四個組成部分，PLC 和變頻器之間以模擬控制方式（電壓）連接，該電壓由變頻器內部的V/f 變換單元將電壓的變化量轉變為頻率的變化量，電機的正轉和反轉以兩個輸出點來進行控制，電機的轉速由測速裝置轉變為電壓信號反饋至PLC，再通過軟件實現轉速的閉環控制。

　　2.2 CP1H-XA40DT-D的設置與調試

　　歐姆龍PLC CP1H-XA40DT-D 內置4 點電壓/電流輸入、2 點電壓/電流輸出，分辨率可設為1/6000 和1/12 000，輸入、輸出分別可選擇：0~5 V、1~5 V、0~10 V、-10~10 V、0~20 mA 和1~20 mA等6 種方式，內存CIO200~203為輸入模擬量對應的A/D轉換結果，CIO210~211對應D/A 輸出的數字量結果。

　　PLC 的模擬量調試主要涉及系統DIP 開關狀態設置、輸入和輸出模擬量形式以及范圍選擇、模擬量采集結果的處理等環節，調試時可先調開環系統，然后根據測速裝置反饋電壓和轉速的關系，通過軟件判斷調節模擬量單元的輸出信號大小，實現閉環調速系統。

　　2.3 VFD變頻器的設置與調試

　　變頻器的調試相對簡單，須注意的是：將參數Pr.-00 設置為“d0001”，Pr.-01 設置為“d0001”或“d0002”，線路連接如圖1 所示，PLC 的正反相控制端輸出分別和REV 與FWD 相連，PLC 的COM端和變頻器的DCM端相連。模擬控制方式的連線可參照文獻[3]的注意事項，錯誤的連接可能會損壞PLC的輸出端口。

3 無協議通信控制方式

　　眾多的變頻器品牌，由于技術和市場的原因，通信協議五花八門，兼容性很差，針對這種現狀，無協議通信得到了很好的應用。所謂無協議通信，即是自由協議方式，協議的格式由用戶自己定義，用戶根據具體變頻器的協議格式組織數據，實現與變頻器的通信。

　　參照文獻[2] 提出的方案，我們設計了基于RS485 的無協議通信控制方式，系統框圖如圖2所示，PLC 的串口連接端子也可以使用“RDB+”和“RDA-”兩個端口，變頻器輸出三相相位差120毅的交流電壓至三相異步電機定子繞組。

　　3.1 RS485通信模式

　　歐姆龍CP1H 系列PLC 設有RS485 的串行通信口，可采用平衡驅動器和差分接收器的組合，結合其抗共模干擾能力強，抗噪聲干擾性能優越的特性，可以實現有協議通信和無協議通信。

　　臺達VFD-A 交流馬達驅動器內建RS485 串聯通信界面，串聯通信連接端口標注SG+、SG-，其中，“SG+”表示信號正相端，“SG-”表示信號負相端。使用RS485 串聯通信接口時，每臺VFD-A 必須預先在Pr.78 指定其通信地址，PLC 便根據預定地址實施控制。當將參數“A”設為“02H”時，PLC可同時對多個變頻器實施控制。

　　3.2 臺達VFD-A變頻器參數設置與通信格式

　　3.2.1 參數的設定

　　相關的參數涉及Pr.-00、Pr.-01、Pr.-78，其中，Pr.-00 指定主頻率輸入來源，Pr.-01 設定運轉信號來源，Pr.-78 選取了串口通信的波特率，對應的設定值分別為：d002、d003、d002，即主頻率與運轉信號由RS485 串聯通信接口控制，且令面板STOP鍵有效，波特率設定為4 800 bit/s。

　　3.2.2 通信資料格式

　　臺達VFD 變頻器控制命令格式為“C，S，A，UU，MM，FFFF，其中，“C”為控制命令字符串CONTROL”字頭；“S”為和檢查（CheckSum） (03H)；“A為命令認可，01H 代表單臺，02H 表示所有連線交流驅動器；“UU”表述通信地址（00-31）“陰陰”=ASCII 碼；“MM”給定運轉命令（X=無定義），陰陰”=ASCII 碼，其中，“X0”為停止，“X1為正轉運轉“X2”為停止，“X3”為反轉運轉，“X4”、“X5”表示寸動、正轉，、“X7”為寸動、反轉，X8”為當異常發生后重置交流馬達驅動器；

　　FFFF”為頻率指令，設定范圍從0000 到4000，代表的設定頻率值為0.0到400.0 Hz。

　　正確接收命令或參數后，變頻器自動回發一串應答數據，格式為“C，S，B，UU，MM，FFFF”，其中，B 為回復認可，正確時為06H，錯誤時為07H，其它參數含義同發送數據。字符串長度是11 字符，每個字符的11 位字元串如圖3 所示。

　　3.3 軟件設計與調試

　　3.3.1 PLC串口設置

　　在程序編寫調試之前需要對串口進行設定，PLC 串口設置如圖4 所示。

　　3.3.2 命令或參數發送

　　發送流程如圖5 所示，關鍵環節為裝填數據，要嚴格按照變頻器的資料格式組織數據，尤其注意“A”的值為十六進制，其它參數為ASCII 碼。只要串口參數設定正確，數據取值合適，發送數據相對容易實現。

　　主要涉及的指令為“TXD S C N”，其中，“S”指定發送數據開頭通道編號，“C”為控制字，“N”指定發送字節長度。“C”的“11耀08”位決定將數據輸出到指定的串行通信口，包括串行端口1 和串行端口2，值得注意的是，選裝串口通信模塊（RS485和RS232C）自身無確定地址，安裝在選件槽位1時稱之為串行端口1，安裝在選項槽位2 時稱之為串行端口2，串行端口1、串行端口2 發送準備完成標志分別為A392.13、A392.05；“C”的“03到00”位決定了發送數據的高位字節和低位字節的順序。“N”最大值為259，其中，數據包最大值為256 字節，包括開始代碼、結束代碼。

　　3.3.3 接收應答數據

　　變頻器正確接收數據后，自動回發一串應答數據，PLC 根據該應答數據可判別變頻器工作狀況，構成閉環系統，詳細接收流程如圖6 所示。

　　串行端口1、串行端口2 接收完成標志分別為A392.14和A392.06，狀態位為“1”時，執行接收命令，接收數據來自接收緩沖器。

4 結語

　　模擬控制方式連線相對復雜，且需要占用PLC的端口資源，尤其是要求PLC 必須具備模擬量模塊，而且只能控制單臺變頻器，同時要借助于測速反饋裝置才能構成閉環系統。串口通信控制方式通過發送命令和接收應答數據可實現電機運轉控制和狀態監控，連線簡單，能同時控制多臺變頻器，適用于網絡化的工業控制系統。