1. Einleitung In industriellen Automatisierungssystemen ist die Kombination von SPS und Frequenzumrichter die gängigste Anwendung. Dies führt zu verschiedenen Methoden der SPS-Steuerung von Frequenzumrichtern. Die RS-485-Kommunikation ist aufgrund ihrer hohen Störfestigkeit, hohen Übertragungsrate, großen Reichweite und geringen Kosten weit verbreitet. Allerdings erfordert die RS-485-Kommunikation die Lösung einer Reihe technischer Probleme, wie z. B. Datenkodierung, Prüfsummenberechnung, Rahmung, Datenübertragung, Paritätsprüfung empfangener Daten, Timeout-Behandlung und Fehlerwiederholung. Selbst einfache Betriebsanweisungen für Frequenzumrichter erfordern mitunter Dutzende von SPS-Kontaktplananweisungen, was den Programmieraufwand erheblich und mühsam macht und Entwickler abschreckt. Dieser Artikel stellt eine sehr einfache Methode zur Steuerung von Frequenzumrichtern mittels SPS der Mitsubishi FX-Serie vor: Es genügt die Installation einer RS-485-Kommunikationskarte oder der Anschluss eines RS-485-Kommunikationsmoduls an die SPS-Hostkarte sowie der Einbau einer kostengünstigen Funktionserweiterungsbox unter dem SPS-Bedienfeld. und das Schreiben von vier extrem einfachen SPS-Kontaktplananweisungen, um das Lesen und Schreiben von Parametern von 8 Frequenzumrichtern sowie die Überwachung und Steuerung verschiedener Vorgänge mit einer Kommunikationsdistanz von bis zu 50 m oder 500 m zu realisieren. Diese Methode ist sehr einfach, komfortabel und leicht zu erlernen. Dieser Artikel verwendet Mitsubishi-Produkte als Beispiel, um diese einfache Methode der „Kommunikation und Steuerung von Frequenzumrichtern über erweiterten Speicher“ kurz vorzustellen. [b]2. Systemkonfiguration der Mitsubishi-SPS mit erweitertem Speicher zur Kommunikation und Steuerung von Frequenzumrichtern 2.1 Systemhardware-Zusammensetzung[/b] Wie in den Abbildungen 1 bis 3 dargestellt. Abbildung 1: Systemkonfiguration der Mitsubishi-SPS mit erweiterter Speicherkommunikation zur Steuerung des Wechselrichters. Abbildung 2: Übersicht der FX2N-485-BD-Kommunikationskarte. Abbildung 3: Übersicht und Pinbelegung der Mitsubishi-Wechselrichter-PU-Buchse (von der Vorderseite des Wechselrichters aus gesehen). Erforderliche Komponenten: 1 SPS der FX2N-Serie (Produktversion V 3.00 oder höher) (Software mit FX-PCS/WIN-C V 3.00); 1 Kommunikationsmodul FX2N-485-BD (maximale Kommunikationsreichweite 50 m); oder 1 Kommunikationsmodul FX0N-485ADP + 1 FX2N-CNV-BD-Karte (maximale Kommunikationsreichweite 500 m); 1 Funktionserweiterungsspeicherbox FX2N-ROM-E1 (im SPS-Gehäuse integriert). Acht Mitsubishi-Wechselrichter mit RS485-Schnittstelle (Serien S500, E500, F500, F700, A500, V500 usw., austauschbar, maximal acht; Kommunikationsparameter, Befehlscodes und Datencodes aller Mitsubishi-Wechselrichter sind identisch); RJ45-Kabel (5-adrig, geschirmt); 100-Ω-Abschlusswiderstand; optional: 1 Mensch-Maschine-Schnittstelle (z. B. Touchscreen F930GOT). 2.2 Hardware-Installationsmethode (1) Verwenden Sie eine spezielle Crimpzange für Netzwerkkabel, um ein Ende des Kabels an den RJ45-Stecker zu crimpen. Verbinden Sie das andere Ende gemäß den Abbildungen 1 bis 3 mit der Kommunikationsvorlage FX2N-485-BD. Die beiden nicht verwendeten P5S-Anschlüsse bleiben ungenutzt. (2) Öffnen Sie die Abdeckung auf der linken Seite des SPS-Hosts, installieren Sie die Kommunikationsvorlage FX2N-485-BD und den Funktionserweiterungsspeicher FX2N-ROM-E1 und schließen Sie die Abdeckung wieder. (3) Verbinden Sie die RJ45-Kabel jeweils mit dem PU-Anschluss des Frequenzumrichters. Um Kommunikationsstörungen durch Reflexionen aufgrund von Signalübertragungsgeschwindigkeit, -distanz usw. zu beseitigen, schließen Sie am Netzwerkende einen 100-Ω-Abschlusswiderstand zwischen die Empfangssignalanschlüsse RDA und RDB des Frequenzumrichters an . 2.3 Einstellungen der Kommunikationsparameter des Frequenzumrichters Für eine korrekte Kommunikation müssen kommunikationsrelevante Parameter wie „Stationsnummer“, „Kommunikationsrate“, „Stopbitlänge/Wortlänge“, „Paritätsprüfung“ usw. im Frequenzumrichter eingestellt werden. Die Parameter Pr.117 bis Pr.124 des Frequenzumrichters dienen der Einstellung der Kommunikationsparameter. Die Parametereinstellung erfolgt über das Bedienfeld oder die Frequenzumrichter-Einstellungssoftware FR-SW1-SETUP-WE am PU-Port. 2.4 Beispiele für Frequenzumrichter-Einstellungselemente und Befehlscodes Wie in Tabelle 1 dargestellt, werden nach Abschluss der Parametereinstellung der Befehlscode, die Daten und der Kommunikationsstart über das SPS-Programm festgelegt, um verschiedene Betriebs- und Überwachungsarten zu ermöglichen. 2.5 Beispiele für Datencodetabellen von Frequenzumrichtern (siehe Tabelle 2). 2.6 SPS-Programmiermethoden und Beispiele (1) Kommunikationsmethode: Die SPS und der Frequenzumrichter kommunizieren im Master-Slave-Verfahren, wobei die SPS als Master und der Frequenzumrichter als Slave fungiert. Es gibt nur einen Master im Netzwerk, der die Slaves anhand ihrer Stationsnummer unterscheidet. Die Kommunikation erfolgt im Halbduplex-Verfahren, wobei der Slave Daten erst nach Erhalt von Lese- und Schreibbefehlen vom Master sendet. (2) Die Spezifikationen der SPS-Befehle zur Frequenzumrichtersteuerung sind in Tabelle 3 dargestellt. (3) SPS-Anweisungstabelle zur Betriebsüberwachung des Frequenzumrichters: Programmbeispiel und Kommentare: LD M8000 Betriebsüberwachung; EXTR K10 K0 H6F D0 EXTR K10: Betriebsüberwachungsbefehl; K0: Stationsnummer 0; H6F: Frequenzcode (siehe Tabelle 1); D0: SPS-Leseadresse (Datenregister). Anweisungserklärung: Die SPS überwacht kontinuierlich die Drehzahl (Frequenz) des Frequenzumrichters mit Stationsnummer 0. (4) Beispiel und Kommentare zum SPS-Anweisungsprogramm für die Betriebssteuerung des Umrichters: LD X0: Startbefehl wird über X0 eingegeben; SET M0: Hilfsrelais M0 setzen; LD M0 EXTR K11 K0 HFA H02 EXTR K11: Startbefehl; K0: Stationsnummer 0; HFA: Startbefehl (siehe Tabelle 1); H02: Vorwärtsdrehbefehl (siehe Tabelle 1). AND M8029: Befehlsausführung beendet; RST M0: Hilfsrelais M0 zurücksetzen. Anweisungserklärung: Die SPS sendet einen Vorwärtsdrehbefehl an den Umrichter mit Stationsnummer 0. (5) Beispiel und Kommentare zum SPS-Anweisungsprogramm für das Auslesen von Umrichterparametern: LD X3: Parameterlesebefehl wird über X3 eingegeben; SET M2: Hilfsrelais M2 setzen; LD M2 EXTR K12 K3 K2 D2 EXTR K10: Umrichterparameterlesebefehl; K3: Stationsnummer 3; K2: Parameter 2 – untere Grenzfrequenz (siehe Tabelle 2); D2: SPS-Leseadresse (Datenregister). ODER RST M2: Hilfsrelais M2 zurücksetzen. Erklärung der Anweisung: Die SPS liest kontinuierlich Parameter 2 – untere Grenzfrequenz des Umrichters an Station 3. (6) SPS-Anweisungstabelle zum Schreiben von Umrichterparametern: Programmbeispiel und Kommentare: LD X1: Parameteränderungsbefehl wird über X3 eingegeben; SET M1: Hilfsrelais M1 setzen; LD M1 EXTR K13 K3 K7 K10 EXTR K13: Anweisung zum Schreiben der Umrichterparameter; K3: Station 3; K7: Parameter 7 – Beschleunigungszeit (siehe Tabelle 2); K10: Zu schreibender Wert. EXTR K13 K3 K8 K10 EXTR K13: Anweisung zum Schreiben der Umrichterparameter; K3: Station 3; K8: Parameter 8 – Verzögerungszeit (siehe Tabelle 2); K10: Zu schreibender Wert. UND M8029: Befehlsausführung beendet; RST M1: Hilfsrelais M1 zurücksetzen. Anleitungserklärung: Die SPS ändert Parameter 7 (Beschleunigungszeit) und Parameter 8 (Verzögerungszeit) des Wechselrichters an den Stationen 3 bis 10. [b]3. Umfassende Übersicht und Vergleich verschiedener Methoden zur Steuerung von Mitsubishi-SPS-Wechselrichtern 3.1 SPS-Schaltsignalsteuerung von Wechselrichtern[/b] Die Ausgänge und COM-Anschlüsse der SPS (Typ MR oder MT) sind direkt mit den Anschlüssen STF (Vorwärtsstart), RH (Hochdrehzahl), RM (Mitteldrehzahl), RL (Niedrigdrehzahl) und dem Eingang SG des Wechselrichters verbunden. Die SPS kann den Wechselrichter über ein Programm starten, stoppen und zurücksetzen. Sie kann außerdem verschiedene Kombinationen der Hoch-, Mittel- und Niedrigdrehzahlanschlüsse des Wechselrichters ansteuern, um einen Mehrdrehzahlbetrieb zu realisieren. Da jedoch Schaltsignale zur Steuerung verwendet werden, ist die Drehzahlregelung nicht kontinuierlich und ermöglicht keine Feinjustierung der Drehzahl. Die Genauigkeit der Drehzahlregelung mit dieser Schaltsignalsteuerung ist nicht mit derjenigen mit erweiterter Speicherkommunikation vergleichbar. 3.2 SPS-Analogsignalsteuerung von Frequenzumrichtern Hardware: SPS-Haupteinheit vom Typ FX1N oder FX2N, ausgestattet mit einer einfachen FX1N-1DA-BD-Erweiterungskarte für analoge Ausgänge; oder einem FX0N-3A-Hybridmodul für analoge Ein-/Ausgänge; oder einem FX2N-2DA-Modul mit zwei Ausgängen; oder einem FX2N-4DA-Modul mit vier Ausgängen usw. Vorteile: Einfache und komfortable SPS-Programmierung, gleichmäßige und kontinuierliche Drehzahlregelung und stabiler Betrieb. Nachteile: In großen Produktionslinien sind die Steuerkabel lang, insbesondere wenn das DA-Modul ein Spannungssignal ausgibt. Dies führt zu einem signifikanten Spannungsabfall, der die Systemstabilität und -zuverlässigkeit beeinträchtigt. Darüber hinaus erfordert die Steuerung von 8 Frequenzumrichtern aus wirtschaftlicher Sicht 2 FX2N-4DA-Module, was 5- bis 7-mal teurer ist als die Steuerung mit erweiterter Speicherkommunikation. 3.3 SPS-Steuerung von Frequenzumrichtern über RS-485-Protokollfreie Kommunikation Dies ist die gebräuchlichste Methode. Die SPS wird über serielle RS-Kommunikationsbefehle programmiert. Vorteile: Einfache Hardware, niedrigste Kosten, Steuerung von bis zu 32 Frequenzumrichtern möglich. Nachteile: Relativ hoher Programmieraufwand. Wie in Kapitel 2 erläutert, ist die Programmierung mit erweiterter Speicherkommunikation äußerst einfach. Techniker mit SPS-Programmiererfahrung können sie innerhalb weniger Stunden erlernen, indem sie Tabellen verwenden. Die zusätzlichen Hardwarekosten sind sehr gering. Die einfache Programmierung mit dieser Methode ist unvergleichlich mit der Steuerung des Frequenzumrichters über die protokolllose RS-485-Kommunikation. 3.4 SPS-Steuerung von Frequenzumrichtern über RS-485 Modbus-RTU-Kommunikation: Die Frequenzumrichter der Mitsubishi F700-Serie kommunizieren über RS-485-Anschlüsse und das Modbus-RTU-Protokoll mit der SPS. Vorteile: Die SPS-Programmierung über Modbus ist einfacher und komfortabler als die protokolllose RS-485-Methode. Nachteile: Der Programmieraufwand für die SPS ist weiterhin relativ hoch. 3.5 SPS-Steuerung von Wechselrichtern über Feldbus: Mitsubishi-Wechselrichter bieten verschiedene Kommunikationsoptionen, z. B. die FR-A5NC-Option für den CC-Link-Feldbus. Die FR-A5AP(A)-Option für Profibus DP-Feldbus und die FR-A5ND-Option für DeviceNet-Feldbus usw. sind verfügbar. Mitsubishi FX-SPSen verfügen über entsprechende Kommunikationsschnittstellenmodule zur Schnittstellensteuerung. Vorteile: Hohe Geschwindigkeit, große Reichweite, hoher Wirkungsgrad, stabiler Betrieb, einfache Programmierung und Anschlussmöglichkeit für eine große Anzahl von Umrichtern. Nachteile: Höhere Kosten, die die Kosten der Steuerung über erweiterte Speicherkommunikation deutlich übersteigen. Zusammenfassend bietet die Steuerung von Umrichtern mit SPSen über erweiterte Speicherkommunikation Vorteile wie niedrige Kosten, einfache Bedienung und zuverlässige Leistung. Mit einer Mensch-Maschine-Schnittstelle (HMI) wird die Parametereinstellung und Überwachung des Umrichters noch komfortabler. Ein AC-Frequenzumrichtersystem, bestehend aus einer SPS und maximal acht Frequenzumrichtern, ist ein gängiges industrielles Automatisierungssystem im kleinen Maßstab und findet breite Anwendung in verschiedenen Industriezweigen wie kleinen Papierproduktionslinien, Wellpappenmaschinen, Kunststofffolienproduktionslinien, Druck- und Färbeanlagen sowie Metallziehmaschinen. Durch die Verwendung eines vereinfachten Steuerungsverfahrens kann das technische Konzept die vielen Vorteile der Kommunikationssteuerung nutzen und gleichzeitig die komplexen Berechnungen für die RS-485-Datenkommunikation eliminieren. Dies verbessert die Projektqualität und die Arbeitseffizienz erheblich. Allerdings hat dieses vereinfachte Verfahren auch Nachteile: Es kann nur Frequenzumrichter und keine anderen Geräte steuern; außerdem ist die Anzahl der steuerbaren Frequenzumrichter begrenzt. 4. Fazit Dieser Artikel hat ein vereinfachtes Verfahren zur Steuerung von Frequenzumrichtern mittels SPS mit erweiterter Speicherkommunikation detailliert vorgestellt und verschiedene Steuerungsmethoden für Frequenzumrichter mit Mitsubishi-SPSen umfassend dargestellt. Ein tieferes Verständnis dieser Methoden trägt zu einer wissenschaftlicheren, fortschrittlicheren und wirtschaftlicheren Auslegung von AC-Frequenzumrichter-Steuerungssystemen bei. Leser können das geeignete Verfahren anhand der spezifischen Gegebenheiten ihres Systems auswählen. Obwohl das in diesem Artikel vorgestellte vereinfachte Verfahren seine Grenzen hat, stellt es einen wertvollen Ansatz dar, der weiterempfohlen werden sollte. [b][align=center]Für Details klicken Sie bitte hier: Vereinfachte Auslegung der Wechselrichter-SPS-Kommunikation[/align][/b]