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经 验 交 流 T e c hn i c al Comm u n i c at i on s 自动化技术 与应 用2 0 l 0年第 2 9卷第 5期 Da n f o s s F C 3 0 0变频器 的数据通 与 S 7 - 3 0 0 P L C 信 韩岳 平 ，黄立新 1 ． 华瑞制药有限公司， 江苏 无锡， 2 1 4 0 9 2 ； 2 ． 无锡蓝星环氧有限公司， 江苏 无锡 2 1 4 0 1 1 摘要 为J 实现S i e me n s s 7 3 0 0 P I _ C对Da n f o s s F C 3 0 0 变频器的有效控制， 需要解决D a n f o s s F C 3 0 0 变频器与P I C的通信问题。 文中通过深入分忻 D a n f o s s F C 3 0 0 变频器的通信协议 ， 介绍 S 7～ 3 0 0 P L C的编程方法 ， 提供 了Da n f o s s F C 3 0 0 变频器 P L C 通信的解 决方 案。丈巾所涉 及的变频器通信 问题对许多 家具有借鉴意义 。 关键词 变频 ； P 1 c； 通信协议 中图分类号 T M5 7 1 ． 6 文献标识码 B 文章编 号 1 0 0 3 7 2 4 1 2 0 1 0 0 5 0 1 2 3 0 4 Co mmu n i c a t i o n P r o t o c o l So l u t i o n B e t we e n Da n f o s s F C3 0 0 I n v e r t e r Si e me n s S7 ． 3 0 0 PL C HAN Y ue p i n g ， HUANG Li - x i n 1 ． S i n o S we d P h a r ma c e u ti c a l COR P ． L t d ， Wu x i 2 1 4 0 9 2 C h i n a ； 2 ． Wu x i B l u e s t a r E p o x yCo ． ， L t d ， Wu x i 2 1 4 0 1 1 C h i n a Ab s t r a c t P r o v i d e c o mmu n i c a t i o n s o l u t i o n b e t we e n Da n f o s s FC3 0 0 i n v e r t e r a n d S i e me n s S7 3 0 0 P LC i s n e e d e d i n o r d e r t O e f f e c t i v e l y c o n t r o l t h e i n v e r t e r v i a PLC． I n t h i s a r t i c l e t h e c o mmu n i c a t i o n p r o t o c o l o f Da n f o s s FC3 0 0 i s a n a l y z e d a n d i n t r o d u c e s t h e s o f t wa r e p r o g r a mmi n g o f Si e me n s S 7 3 0 0 P LC． p r ov i d e s a wa y f o r c o mmu ni c a t i o n b e t we e n i n v e r t e r a n d P LC． As a s u c c e s s f u l s o l u t i o n ， i t c a n b e r e f e r e n c e f o r ma n y o t h e r c o m p a n i e s r e g a r d i n g t h i s a r e a ． Ke y wo r d s I n v e r t e r ； P LC； Co mm u n i c a t i o n P r o t o c ol 1 引言 近年来， 华瑞制药有限公司经过较大规模的 自动化 改造， 采用分散控制、集 中管理的模式， 建成 了以Si e me n s S 7 3 0 0 P L C为核心的纯水控制网、冷冻水控制 网 。 在 纯 水 生 产 、冷 冻 水 供 应 等 工 艺 中 ，大 量 使 用 Da n f o s s 变频器实现物料平衡， 恒压稳流 ， 节能降耗等作 用。在变频器数量较多的场合， 通信连接方式与控制端 子连接方式相比， 具有硬件投资低、抗干扰能力强 ， 功 能扩展方便等优点， 因此， 公司的控制网络中， 通常采用 通信连接方式， 实现PL C对变频器的 自动控制。本中以 D a n f o s s F C 3 0 0 变频器为例， 讨论变频器与 s 7 3 0 0 P L C 之间的数据通信问题。 收稿 E l 期 2 0 1 0 0 4 0 1 2 变频器通信的优势[ 1 ] 变频器通信连接不仅与变频器控制端子连接一样 能够实现 P L C与变频器之间的信息交换 ， 而且它还具有 独特 的优势。 1 通信的数据容 易扩展 。通信数 据的每一位都 代 表一个开关量信号 ， 一个字长的通信数据就相当于 l 6 个开关量信号。增加通信的控制数据， 只影响一次通信 需要的时间 ， 不涉及硬件投资。 2 以通信数据进行模拟量输入输出时， 精度更高， 抗干扰能力更强， 误差更小。 在通信方式下 ， 数据精度只受数据位数影响， 一个 字长的模拟量数据 ， 可以分辨的有效数据达到 0 6 5 5 3 6 或者 一3 2 7 6 8 3 2 7 6 7 ， 分辨率很高。在线路中不会产生 自动化技术与应用 2 0l 0年第 2 9卷第 5期 误差也不会产生干扰 ， 信息精度很高。 经 验 交 流 1 _e c hn i c a l Co m mun i c a t i o n s 3 通信原理“ ， 变频器通信涉及三个层面的技术问题 物理接 口层 面， 通信协议层面以及通信应用层面。 物理接 口层面需要注意通信标准 、线路连接以及 负载阻抗匹配。正确的物理连接 ， 能保证信号的有效传 送和接收。 通信协议层面规定了字符数据结构 ， 其中包括起始 位、信息位、奇偶校验和停止位的设置格式 ； 报文数据 结构 ， 其中包括特定的起始字符 ， 站地址、报文有效长 度、报文内容、校验码、特定的结束字符； 传输速率序 列为多少波特到多少波特范围等。正确处理了通信协议 层面的问题， 能保证通信数据的信息 内容被有效传输。 通信应 用层面 ， 主要 是通信 数据 的解析及 应用 。 数据信息被有效传递 、其中的信息含义 能够正确 解读、信息的内容能够被正确使用， 则通过通信实现的 信息交换就有效了， 对变频器的控制也就实现了。 Da n f o s s F C 3 0 0 变频器集成了RS 4 8 5 通信接口， 通 过 C P 3 4 0 R S 4 2 2 ／ 4 8 5 通信处理器 ， 实现与 7 - 3 0 0 P L C 数据通信。下面具体介绍实施方法 。 4 物理连接 4 ． 1 设置 D a n f o s s F C3 0 0 变频器 首先将变频器主控制板上 DI P开关拨到 R S 一 4 8 5总 线位置 ， 将命令源指向通信方式。 然后通过变频器的B O P面板设置下列参数 见表 1 。 表 1 F C 3 0 0 变频器通信参数表 i 蔓 2 ” m “ ～ ． 一 ； ； ～’1 地 址 1 } * ‘ 一 { 岢 裤捋 瓤博 “ 僻掺 睹l 十 讳 m恤 4 ． 2 通信处理器C P 3 4 0 硬件组态 1 安装通信处理器 C P 3 4 0 参数化软件。 2 在硬件组态 中插入 C P 3 4 0 R 4 2 2 ／ 4 8 5 。双击 C P 3 4 0 后， 点击 “ P a r a me t e r ”按钮， 进入参数化界面， 在 “ P r o t o c o l ”栏 中选择 A S C Ⅱ， 双 击 “ P r o t o c o l ”栏 ， 进入 协议参数化界面。 3 设置传输速率为9 6 0 0 ， 字长为 8 位， 停止位为 1 ， 偶 校验。这些参数必须与表一所示的变频器设置参数一致。 4 选择用两个字符的间隔时间来判断报文是否结束。 用双芯屏蔽双绞线， RS4 8 5专用 9针插口， 正确连接 C P 3 4 0 通信处理器与变频器的通信口， 并正确选择终端电阻。 5 F C3 0 0变频器通 信协议 5 ． 1 报文数据结构 每个报文以起始字符 S TX 0 2 十六进制 开始 ， 之后 分别是表示报文长度字节 L E G和表示变频器地址的字 节ADR， 再后面是若干数据字节 数量不定， 取决于报文 类型 ， 报文以数据控制字节 BCC结束。 5 。 2 L E GJE 文长度 报文长度是地址字节 、数据字节以及数据控制字 节三者字节数之和。 如果报文有4 个数 吕 字节、则报文 乏 度为1 4 1 6 o 如果报文有1 2 个数据字节． 则报文长度为1 1 2 1 1 4 -5 o 如果报文含有文本， 则报文长度为 1 0 n字节， 其中 1 0是固定字节数， n是文本长度。 5 ． 3 B C C数据控制字节。 B C C是长度为一个字节的校验和 ， 用于检查该报文 信息是否有效， 它应是报文信息中B C C字节前所有字节 的 “ 异或”运算结果 。 5 ． 4 D A T A 结构 以1 2 个数据字节为例 p K E f n ∞t V C E } ll } p 髓1 0 w P C D 1 P C D 2 1 PKE字段的 1 6位分成参数号、参数命令或响 应二 部分 0 1 1 位 传输参数号。如电机电流参数号为 1 6 1 4 十进制 ， 即6 4 E 十六进制 。 1 2 1 5位 参数命令 如表 2 或响应 如表 3 。 表 2 主一从的参数命令 经 验 交 流 T e ch nic al Co m mu ni c a t ion s 自动化 技术与应用 2 01 0年第 2 9卷第 5期 例如要读取变频电机电流， 参照表 2 ， P KE的 l 2 1 5 位应为0 0 0 1 二进制 ， 电机电流参数号为6 4 E 十六进制 ， 则 P KE应设置为 l 6 4 E 十六进制 。 2 I ND 参数的索引号。 3 PWE 参数值 如 电机电流值 。参数值只能以 整数形式传输， 因此， 在传输小数时需要使用转换因数。 4 PCDl 主一从控制字 如表 4 ， 从一主状态字 如表 5 。 表 4 P CD 1控制字格式 表 5 P C D1 状态字格式 ∞ 盛制 表靛纬 控期 睦肇 刺 变疑嚣袁筑缔 鹫鹱嚣麓i 当 0 2 懂性停机 启 0 无鼓雌 f 将瞒舰 ∞ 无敲肆 鼓雌 最育8 t 蚵 0 慢留 0 无鳆雌 馥辟 f 税嘲j 。 了 无鳆哮 警告 一 塞 苎 芎 信 L蕉 堡 三 童 堇 堡 ⋯ 二 车地控嘲 皂媲控箭 0 超出频率擐耀 魏辜正常 1 8 停 机 运行 中 { 2 变豫嚣正常 停止． 自动重启动 i 3 电崖 正常 连压 { 4 转链 芷掌 超转矩 1 5 盘葡 正奄 超受薷耀 5 P CD2 主一从频率控制值 ， 从一主当前的输 出频率 。 PC D2的值用参数4 1 9最大输出频率 标定范围十 六进制 0 0 0 0 - 4 0 0 0 ， 十进制 0 1 6 3 8 4 的百分 比表示 。 6 P L C编程 6 ． 1 编程原理 7 -3 O O P LC通过 C P 3 4 0通信处理器 与 D a n f o s s FC 3 0 0 变频器进行数据交换。 CP 3 4 0通信处理器 是一个 智能型模块 ， 模 块上的处 理器既受控制又有 自主性 ， 它根据 CPU模块的命令 自 主管理串行口的收发工作。C P 3 4 0模块上有接收缓冲存 储器和发送缓冲存储器 ， 依靠接收和发送缓冲器 缓冲 区 建立起 C P 3 4 0 和 C P U的联系。C P U模块只需要把 发送的数据写入发送缓冲区， 然后 ， 由CP 3 4 0把缓冲区 中的数据逐个发送给变频器， C P3 4 0还负责从变频器接 收数据 ，并把接 收到的数 据写入接 收缓冲 区。读写 CP3 4 0上的缓冲区需要在用户程序中调用专用的功能 块， 写缓冲区的功能块是发送功能块 F B3 ， 读缓冲区功能 块是接收功能块 F B2 ， C P U要发送的数据必须存储在数 据块中， 调用 F B 3可把数据块中的数据写入发送缓冲 区， 调用 FB2可把接收缓冲区的数据读到数据块中。 例如要读取变频器的参数， 第一步根据 FC 3 0 0 变频 器通信报文的格式、要求， 设计 1 6个字节的发送数据块 DB6， 如图 1 所示 。接收数据块可以设计成一个空的数 据块 ， 其长度必须大于等于报文长度 ， 如图三的DB7所 示。第二步调用 FB3发送功能块， 将 DB6数据块写入 C P 3 4 0的发送缓冲区， 然后， 由C P3 4 0把缓冲区中的数 据逐个发送给变频器 ， 向变频器发出参数读取指令。变 频器响应读取指令后， 将指定的参数 自动发回 C P 3 4 0的 接收缓冲区。第三步调用 F B 2接收功能块， 将 C P 3 4 0接 收缓冲区的数据读到 D B 7数据块中。改写变频器参数 的方法与此相似。 以下以变频器地址为 1， 参数 内容为变频器电流为 例 ， 来介绍报文的读写方法 。 6 ． 2 设计发送数据块 图 1 D B 6发送数据块 D B 6 ． D B B 0 0 2 起始字节 。 D B 6 ． D B B1 O E 报文长度 l 4个字节。 D B 6 ． D B B 2 0 1 变频器地址为 l 。 DB 6 ． DB W3 1 6 4 E 卜 表示读数据 表 2 ； 6 4 E -表示 参数号 l 6 1 4， 电机 电流。 D B 6 ． D B W1 1 0 4 7 C 二进制码0 0 0 0 0 1 0 0 O 1 l l 1 1 0 0 。 对照表四P C D l 控制字可知， 设置变频器 的功能为允许 加减速、非惯性停机、起动电机、加减速 l 、数据有效。 DB 6 ． DB Wl 3 3 9 7 8 转换成十进制为 1 4 7 1 2 ， 即控 制频率 1 4 7 1 2 ／ 1 6 3 8 4 0 ． 9 ， 最大频率的9 0 ％。本例中 变频器参数 4 1 9最大输出频率设定 5 0 HZ， 即控制频率 为 4 5 HZ 。 自 动 化 技术 与 应 用 2 0 1 0 年 第2 9 卷 第5 期 经 验 交 流 T ec h ni c a l Co m mu ni c a t ion s DB6． DBB1 5 6 C 0 2 XOR 0 E XOR 0 1 XOR 1 6 XOR 4 E X O R 0 4 X O R 7 C X O R 3 9 X O R 7 8 6 C ， 报文信息 的前 1 5 个字节的 “ 异或”运算结果作为 BCC校验字节。 6 ． 3 通信程序 在P L C的O B 1 中， 调用F B 3 发送功能块， 通过C P 3 4 0 ， 每隔5 0 0 ms 发送一次 ， 向变频器发送参数读取指令 ， 如图 2 所示。变频器响应指令后 ， 将指定参数写入 C P3 4 0 ， 再 调用F B2接收功能块将参数存入 DB 7， 如图3所示。 瑚出煳 T i t l e 如 L L ’． 鼙撕 ， S l 挪 嘲 ； ’ _ o O 囊 L 如 豫 2 5 6 Bi l e 书 Nm 3o l o 哪 _ 珀 啪 自 咖S ￡培 ，C 。 疆j m R L ∞ 2 踯 l _l l 0 t 舶 J o 瞰 ； 自 Ⅲ r 哦i ”31 D B 1 2 一s e n d D a t at o c P 3 4 。 n 2． 1 2 ， ∞ 1 0 ～R e c e i v e D a t a 3 4 0 图 2 CP 3 4 0 发送接收程序 图3 D B 7接收数据块 FB3 RE Q LADDR DB NO DBBNO LEN FB2 EN R LADDR DBN0 C P 3 4 0 数据发送功能块【 。 发送请求， 每 5 0 0 ms 发送一次。 C P 3 4 0 的逻辑地址。 指定发送区 D B 6 。 指定发送区在 DB中的起始字节。 发送字节的长度， 即报文长度。 C P 3 4 0 数据接收功能块。 接收使能。 C P 3 4 0的逻辑地址 。 指定接收区 DB 7 。 DBB NO 指 定接 收区在 DB中的起始 字节 。 6 。 4 接收数据块解析 DB 7 ． D B B 2 0 1 表示 1 变频器。 DB 7 ． DBW3 2 6 4 E 2 传输双字参数值 表 3 ； 6 4 E一一表 示参数 号 1 6 1 4 ， 电机 电流。 DB 7 ． DB Wg 0 F3 5 双字参数值， 转换成十进制为 3 8 9 3 ， 乘以转换系数 0 ． 0 1 ， 电机运行电流为 3 8 ． 9 3 A。 D B 6 ． D B W l 1 0 F 0 7 二进制码0 0 0 0 1 l 1 1 0 0 0 0 0 1 1 1 。 对照表五 P CDl 状态字可知， 变频器的状态为控制就绪、 变频器就绪、非惯性停机、无故障、无警告、速度 参 考值 、总 线控 制、频率正 常 、变 频器 运行 中、变频器运 行正常 、电压正常、转矩正常、负荷正常 。 D B 6 ． D BW 1 3 3 9 7 8 与给定频率一样， 变频器当前 的运行频率为 4 5 HZ。 DB7． DBBl 51 6 0 2 XOR 0E XOR 01 XOR 2 6 XOR 4 E XOR 0 F X0R 3 5 XOR 0 F XOR 0 7 XOR 3 9 XO R 7 8 1 6 ， 报文信息的前 1 5 个字节的 “ 异或”运算 结果与B C C校验字节一致， 说明该报文信息是有效的。 至此， PL C已成功启动变频器 ， 并设定运行频率为 4 5 HZ。从返回的数据来看， 变频器运行正常， 实际运行 频率为 4 5 HZ， 运行电流为 3 8 ． 9 3 A， 与变频器面板显示 一 致。通过正确设置控制字 P C D1 还可以改变变频器的 运行方式， 实现对 Da n f o s s F C 3 0 0变频器的各种操作。 7 结束语 华瑞制药有限公司的工业控制网络， 自2 0 0 8 年投运 以来， 运行稳定、控制可靠， Da n f o s s FC 3 0 0变频器与 7 - 3 0 0 P L C之 间的通信正常。 当前 国家对能 源、环境 、资源 问题 十分重 视 ， 变频 器在节能降耗 中的作用会进一步突现。随着变频器的 广泛应用 ， 变频器的通信 问题会越来越受到重视， 解决 这一问题的方法是深刻领会变频器的通信协议 ， 合理编 制控制程序 ， 变频器的通信问题必将迎刃而解 ， 希望本 文对 大 家有所 启 发 。 参考文献 [ 1 ]王树． 变频调速系统设计与应用【 M】 ． 1 版． 北京 机械工 业出版社 ， 2 0 0 6 1 7 2 1 7 8 ． [ 2 ]崔坚． 西门子工业网络通信指南 上、下 【 M] ． 1 版． 北京 机械工业出版社 ， 2 0 0 5 3 1 5 ． 作者简介 韩岳平 1 9 6 5 一 ，男， 工程师， 主要从事自动化控
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