4.4.5 FX3U系列PLC与变频器串行数据通信
1.任务引入
本任务是采用RS-485实现PLC与变频器的通信连接，即采用三菱变频器的通信专用指令编程，实现PLC与变频器的通信控制。
2.任务目标
1）知识目标
（1）了解三菱PLC与E700变频器的通信硬件系统。
（2）掌握FX系列PLC通信协议及参数设置。
2）技能目标
（1）能够对变频器通信参数进行设置。
（2）能够完成PLC与变频器的通信控制。
3）素养目标
3.任务分析
本任务满足如下要求。
（1）控制电动机正转、反转和停止。
（2）修改变频器运行频率。
（3）监视变频器的输出电流、电压和频率值。
（4）上、下限频率Pr.1=50 Hz，Pr.2=5 Hz；加减速时间Pr.7=1 s，PR.8=1 s。
（5）指定速度运行，完成以下简单分拣任务。
1号出料滑槽对应白色外壳工件；2号出料滑槽对应金属外壳工件；拣出黑色外壳工件后，待工件运行到3号出料滑槽位置，传送带给定反转频率返回进料口。
4.相关知识
1）三菱PLC与E700变频器的通信硬件系统
以RS-485通信方式连接PLC与变频器，最多可以对8台变频器进行运行监控及实现各种指令和参数的读出/写入功能。带通信功能的三菱变频器有FREQROL系列的F700、A700、E700、D700、V500、F500、A500、E500、S500，其中F700、A700、E700、D700、V500、F500系列仅对应FX3G、FX3U、FX3UC系列PLC。
在该系统中，PLC作为主站，变频器作为从站，在PLC基本单元中增加RS-485通信设备（选件）后连接。例如，在FX3U系列PLC上增加FX3U-485 BD通信模块或FX3U-485 ADP通信适配器，在FX2N系列PLC上增加FX2N-485 BD通信模块或FX2N-485 ADP通信适配器，使用485适配器时，总延长距离最大可达500 m，使用485BD适配器时，总延长距离最大可达50 m。从站变频器通信可以采用PU接口（RS-485接口），也可以用FR-A5NR、FR-A7NC变频器选件。从变频器正面看，变频器的PU接口及插针编号见表4-38。
表4-38 PU接口及插针编号
续表
2）FX系列PLC通信协议及参数设置
三菱E700变频器与PLC支持无协议通信、MODBUS协议通信等。在PLC与其他设备进行通信时，必须确定双方的通信协议，PLC没有办法直接设定通信的相关参数，因此由D8120设置PLC的通信格式，用PLC的功能指令MOV向D8120中传送由D8120组成的十六进制数。D8120除了适用于FNC80（RS）指令外，还适用于计算机连接通信。因此，在使用FNC80（RS）指令时，关于计算机连接通信的设定无效。
示例：假定用一台PLC控制一台打印机，使用无协议通信，采用RS无协议通信方式，数据通信长度为8位，偶校验、停止位各1位，波特率＞9 600 bit/s，无起始符，无终止符，控制线为RS-485。当PLC上电时，在顺控程序编程软件参数设定界面中设定的内容会自动传送到D8120。
3）变频器通信参数设置
FX系列PLC和变频器之间进行通信时，通信规格必须在变频器的初始化界面中设定，如果没有进行初始设定或有一个设定错误，数据将不能进行正常传输。在设置参数之前必须分清变频器系列和连接变频器的接口（PU接口、FR-A5 NR选件和内置RS-485端子），不同系列的变频器和不同端口的通信参数有所不同。
4）变频器通信的指令代码
三菱D700及以上系列变频器可以通信的参数以及运行指令见表4-39和表4-40。
表4-39 变频器的指令代码（三菱E700系列：变频器→PLC）
表4-40 变频器的指令代码（三菱E700系列：PLC→变频器）
5）三菱变频器通信专用指令
变频器与PLC的通信可以使用串行通信指令RS，但要求编程者对通信协议、通信指令和软件等非常熟悉，而且编写的程序也很复杂，很难被一般的技术人员掌握。三菱公司推出了5种适用于FX3 U系列PLC与三菱变频器通信的专用指令，通过专用指令执行运行控制，写入/读出变频器参数值，使PLC与变频器的通信变得简单，且容易掌握，编写的程序非常清晰。
（1）变频器运行监视指令IVCK。
IVCK指令是在PLC中读出变频器运行状态的指令，其格式如图4-47所示。执行I VCK指令，按照指令代码S2的要求，将站号S1的变频器的运行监视数据通过通道n读出到D指定的PLC数据寄存器中，因此图中该指令的含义是：当触点接通时，将站号为1的变频器的输出频率通过通道1读出到PLC的D100中。
图4-47 IVCK指令格式
指令中源操作数S1使用的软元件可以是D、K、H，用于表示站号；源操作数S2可以使用的软元件有D、K、H，表示指令代码或是指令代码存放的地址；目标操作数D一般取KnY、KnX、KnS；D表示读出值或读出值保存的地址；n为通道编号，可以用K或H表示。其中S2为指令代码。
（2）变频器运行控制指令IVDR。
IVDR指令是通过PLC将变频器运行所需的控制值写入指定位置的指令，其格式如图4-48所示。
图4-48 IVDR指令格式
执行IVDR指令，按照指令代码S2的要求，将S3中的控制内容写入站号为S1的变频器的指定位置，以控制变频器的运行。因此图中该指令的含义是：当触点接通时，通过通道1向站号为1的变频器写入K2M10指定的运行方式，使变频器运行。(https://www.daowen.com)
指令中源操作数S1使用的软元件可以是D、K、H，用于表示站号；源操作数S2可以使用的软元件有D、K、H，表示指令代码或是指令代码存放的地址；源操作数S3一般取KnY、KnX、KnS；D、K、H表示写入变频器中的值或值存放的地址；n为通道编号，可以用K或H表示。其中S2为指令代码。
（3）变频器的参数读出指令IVRD。
IVRD指令用于读取变频器的指定参数，并存储在PLC指定存储单元中，其格式如图4-49所示。
图4-49 IVRD指令格式
其中，源操作数S1表示变频器站号，与IVCK和IVDR指令中的S1意义相同，可使用的软元件类型亦相同；源操作数S2表示变频器的参数编号，一般使用软元件D、K、H；目标操作数D用于存放读取值的目标位置，一般使用软元件D；n表示通道数，其意义与IVCK和IVDR指令中的n相同。
IVRD指令的作用是将S1站号指定的变频器中的S2参数内容通过通道n读出到D指定的存储单元中。因此图中该指令的含义为：当控制触点闭合时，将站号为1的变频器的Pr.73参数内容通过通道1读出到D110中。
（4）变频器的参数写入指令IVWR。
IVWR指令用于向变频器的指定参数单元中写入指定的参数内容，其格式如图4-50所示。
图4-50 IVWR指令格式
其中，源操作数S1和S2以及通道编号n与IVRD指令相同，使用的软元件类型也相同；源操作数S3是要写入变频器的参数值，可以是K、H，也可以是存放参数值的D数据寄存器。
IVWR指令的作用是通过通道n将S3中的内容写入站号为S1的变频器的参数S2中。因此图中该指令的含义为：当触点闭合时，将D120中的值通过通道1写入1号站变频器的Pr.4中。
（5）变频器的参数批量写入指令IVB WR。
IVB WR指令用于从PLC向变频器成批写入变频器参数值，其格式如图4-51所示。
图4-51 IVBWR指令格式
其中，源操作数S1以及通道编号n与前述指令相同，使用的软元件类型也相同；源操作数S2是要写入的参数个数，一般使用软元件K、H、D；源操作数S3是要写入变频器的参数表的起始地址，一般使用D数据寄存器。
IVB WR指令的作用是通过通道n将以S3中指定字软元件为起始编号的连续S2个参数编号和参数值写入变频器，每个参数占用两个字。
以上三菱变频器通信专用指令只针对特定的变频器，不能对所有变频器实行。在指令执行完成后，M8029会接通一个扫描周期。同一时刻只有一条指令运行，因此一条指令是否完成，可以用M8029进行判断，以保证通信不冲突。
5.任务实施
1）通信线的制作
进行PLC与变频器的通信连接时应注意：变频器的PU接口为RJ-45标准接口，PLC侧的通信板为接线端子，因此设备之间连接采用以太网10BASE-T的自制电缆实现。变频器PU接口与RS-485接口的连接如图4-52所示。
图4-52 变频器PU接口与RS-485接口的连接
2）设置PLC与变频器的通信参数
（1）变频器参数设置。
E700变频器与RS-485通信相关的参数有PR.117～PR.124，变频器参数设置见表4-41。
表4-41 变频器参数设置
注：参数设置完毕，需断电后重启才能成功。
（2）PLC参数设定。
PLC参数除了可以采用D8120进行设置以外，还可以通过软件参数的方式进行设置，在GX Developer编程窗口的左侧，单击目录中的“参数”选项，然后双击下面的“PLC参数”选项，打开界面，进行FX参数设置。注意PLC参数必须和变频器参数一致。
3）系统调试
将编写好的程序上传到PLC中，按照表4-42所示的步骤调试系统，使变频器通信正常，直至系统正常工作。
表4-42 系统调试步骤
续表
4）常见故障
使用变频器通信功能进行控制时，常见的故障是变频器与PLC无法通信，其原因有通信接线错误、变频器参数设置错误、PLC参数设置错误、通信模块损坏。变频器和PLC参数设置好后，重新上电，如果通信模块的指示灯不亮或只有一个指示灯闪烁，则首先检查并核对通信线是否连接正确，排除通信线问题后，如果问题仍然存在，则考虑是否PLC与变频器参数设置不匹配，并逐一检查PLC和变频器的参数设置，尤其是通信格式。
注意：等待时间的给定方法可以由变频器参数设置，当参数设定为9 999时，由程序确定通信等待时间。如果没有等待时间，则两者将无法通信。
若参数设置确认无误后，通信模块仍然无反应，则考虑通信模块是否损坏，更换通信模块后重新尝试连接。
排除设备故障，并填写排除故障过程。
6.任务评价
任务评价见表4-43。
表4-43 任务评价
续表
