【原创分享】三菱FX5U系列PLC和西门子MM420系列变频器实现US...

一

通信必备硬件

1、三菱FX5U系列PLC一台；

2、西门子MM420系列变频器一台；

3、USB转RS485电缆一根；

4、通信电缆两根；

5、网线一根；

6、电源线若干。

二

通信实现目的

1、三菱FX5U系列PLC通过通信方式对西门子MM420系列变频器实现启动操作；

2、三菱FX5U系列PLC通过通信方式对西门子MM420系列变频器实现停止操作；

3、三菱FX5U系列PLC通过通信方式对西门子MM420系列变频器实现给定频率；

二

通信硬件连接

1、三菱FX5U通道1（内置RS485通信口）端口定义：

如下图所示：



SDA：RS485发送+信号；

RDA：RS485接收+信号；

SDB：RS485发送-信号；

RDB：RS485接收-信号；

SG：信号地。

那么：

SDA和RDA短接后即为RS485发送/接收+信号；

SDB和RDB短接后即为RS485发送/接收-信号；

SG：信号地。

2、西门子MM420系列变频器本体自带RS485通信口端口定义：

如下图所示：



14#端子（P+）即为RS485发送/接收+信号；

15#端子（N-）即为RS485发送/接收-信号。

3、USB转RS485电缆端口定义：

A+：RS485发送/接收+信号；
B-：RS485发送/接收-信号。

4、接线方法：

PLC内置RS485口SDA和RDA短接后 接 变频器之14#端子 接 USB转RS485电缆之A+端；

PLC内置RS485口SDB和RDB短接后 接 变频器之15#端子 接 USB转RS485电缆之B-端；

这里给RS485通信线并接USB转RS485电缆主要是为了后续使用串口调试助手调试变频器或者PLC方便。

四

三菱FX5U系列PLC通道1（内置RS485通信口）通信参数设置：

约定PLC通信参数如下所示：

数据位：8位；

校验位：偶校验；

停止位：1位；

波特率：9600bps

详细设置如下图所示：





五

西门子MM420系列变频器本体自带RS485通信口参数设置：

约定的变频器通信参数如下所示：

数据位：8位；

校验位：偶校验；

停止位：1位；

波特率：9600bps

站号：1

详细参数设置如下：



P0003：设置为3，专家级，只供专家使用



P0010：设置为0，准备。



P0700：设置为5，即就是变频器启动、停止等操作通过COM链路的USS设置。



P1000：设置为5，即就是变频器频率设定值通过COM链路的USS设定。



P2009[0]：设置为1，即就是频率给定值是实际值，分辨率为0.01情况下，赋值4500，即就是给定频率为45Hz



P2010[0]：设置为6，即就是COM链路的串行接口的通信速率为9600bps。



P2011[0]：设置为1，即就是COM链路的串行接口默认站号为1，也就是说西门子MM420变频器本体自带RS485口做USS协议从站时的站号为1。



P2012[0]：设置为2，即就是COM链路的串行接口USS协议的PZD过程数据长度为2。



P2013[0]：设置为4，即就是COM链路的串行接口USS协议的PKW过程数据长度为4。



P2014[0]：设置为0，即就是COM链路的串行接口USS报文的停止传输时间为0。



P1082：设置为50.00，即就是最高频率为50HZ。



P2000：设置为50.00，即就是基准频率为50HZ。

六

西门子MM420系列变频器USS协议详解：

由官方USS通信协议文档结合参数设置时我们设置的PKW区长度和PZD区长度可知西门子MM420系列变频器基本通信格式如下所示：



STX：起始符，固定为16进制02；

LGE：从ADR到BCC的字节数，我们这里设置的PKW区长度为4和PZD区长度为2，决定了LGE为16进制0E；

ADR：变频器站地址，这里我们设置为1；

PKW区第一个字PKE和第二个字IND的信息是关于主站请求的任务或者从站应答报文的类型；

PKW区第三个字PWE1和第四个字PWE2是被访问参数的数值。

其中PKE区含义如下所示：



其中IND区含义如下所示：



基本参数号补充说明：



任务识别标记ID：







正确应答识别标记ID：



错误应答识别标记ID：







其中PWE1含义如下所示：





其中PWE2含义如下所示：





PZD区主要是为控制变频器而设计的，亦可监测变频器相关参数。

PZD第一个字作为任务报文时标记为STW，即为控制字，通过对其控制字赋值可实现变频器启动和停止，其控制字含义如下所示：





PZD第一个字作为应答报文时标记为ZSW，即为状态字，通过对其状态字分析可知晓变频器启动和停止等相关状态，其状态字含义如下所示：





PZD第二个字作为任务报文时标记为HSW，即为主设定值，通过对主设定值赋值即可修改变频器频率，由于P2009参数修改为1，那么给定值即为实际频率值。

PZD第二个字作为应答报文时标记为HIW，即为运行参数实际值，通常该参数返回的是变频器实际频率输出值。

BCC：校验码，由STX到PZD所有字节异或结果。

七

西门子MM420系列变频器通信测试

1、通信初始化测试：

通信初始化报文分析如下所示：

启动、停止、给定频率等操作时，如果不需要读取参数，则PKW区可全部填充0；

STW：16进制047E为控制字，具体含义可参考第六部分有关控制字各位定义；

HSW：16进制0000为主设定值，即就是此时给定频率为0Hz。



串口调试助手发送：02 0E 01 00 00 00 00 00 00 00 00 04 7E 00 00 77

变频器返回报文为：02 0E 01 00 00 00 00 00 00 00 00 FB 11 00 00 E7

变频器返回报文分析如下所示：

ZSW：16进制FB11为状态字，具体含义可参考第六部分有关状态字各位定义；

HIW：16进制0000为实际输出频率。



2、启动变频器测试：

启动变频器并给定40Hz频率报文分析如下所示：

STW：16进制047F为控制字，具体含义可参考第六部分有关控制字各位定义；

HSW：16进制0FA0为主设定值，换算为10进制即为4000，即就是给定40HZ。



串口调试助手发送：02 0E 01 00 00 00 00 00 00 00 00 04 7F 0F A0 D9

变频器返回报文为：02 0E 01 00 00 00 00 00 00 00 00 FB B4 0F 9F D2

变频器返回报文分析如下所示：

ZSW：16进制FBB4为状态字，具体含义可参考第六部分有关状态字各位定义；

HIW：16进制0F9F为实际输出频率。



3、启动后读取输出电压测试：

启动后读取输出电压并保持变频器起停状态报文分析如下所示：

PKE：16进制1019为任务识别标记的输出电压参数号，具体含义可参考第六部分定义；

IND：16进制0000，无参数下标。



串口调试助手发送：02 0E 01 10 19 00 00 00 00 00 00 04 7F 0F A0 D0

变频器返回报文为：02 0E 01 20 19 00 00 43 39 A1 64 FB B4 0F 9F 54

变频器返回报文分析如下所示：

PKE：16进制2019为正确应答识别标记输出电压参数号，具体可参考第六部分定义；

IND：16进制0000，无参数下标；

PWE1和PWE2：16进制4339A164组成的浮点数即为实际输出电压。



4、停止变频器测试：

停止变频器报文分析如下所示：

STW：16进制047A为控制字，具体含义可参考第六部分有关控制字各位定义；

HSW：16进制0000为主设定值，即就是停止变频器时给定频率为0HZ。



串口调试助手发送：02 0E 01 00 00 00 00 00 00 00 00 04 7A 00 00 73

变频器返回报文为：02 0E 01 00 00 00 00 00 00 00 00 FB 11 00 00 E7

变频器返回报文分析如下所示：

ZSW：16进制FB11为状态字，具体含义可参考第六部分有关状态字各位定义；

HIW：16进制0000为实际输出频率。



八

三菱FX5U系列PLC通信编程

RS2指令发送区使用D1~D16寄存器，其含义如下：



RS2指令接收区使用D17~D32寄存器，其含义如下：



主程序中使用的寄存器含义如下所示：

M0：变频器初始化

M1：变频器启动

M2：变频器停止

M3：变频器改频率

M4：改频率辅助

M5：预先写操作辅助位

M6：执行写操作标志位

D0：上位机预写频率值0~5000对应0~50Hz

D300：写频率值辅助用寄存器

D1~D16：写操作发送缓冲区

D17~D32：写操作接收缓冲区

K4M20：分解频率值用

P0子程序占用寄存器含义如下所示：

K4M40：辅助用

D129：参与异或校验的数据个数

D131~D145：要参与异或校验的数据区

D130：最终的异或校验值

程序分段讲解如下：

初始化将上位机预写频率值寄存器和写频率值辅助用寄存器清零：



RS2指令发送缓冲区初始化赋值：







通信初始化：

D12、D13分别赋值H04、H7E，即就是控制字赋值16#047E

D14、D15分别赋值H00、H00，即就是主设定值赋值16#0000







启动变频器命令段：

D0：上位机预写频率值0~5000对应0~50Hz

D300：写频率值辅助用寄存器

D12、D13分别赋值H04、H7F，即就是控制字赋值16#047F

D14、D15为上位机预写频率值







停止变频器程序段：

D12、D13分别赋值H04、H7A，即就是控制字赋值16#047A

D14、D15分别赋值H00、H00，即就是主设定值赋值16#0000，即就是停止操作时给定变频器频率为0Hz。





给定频率判断程序段：

当启动变频器后，此时上位机给D0寄存器赋值，当D0不等于D300时，将D0送入D300，且把M3置位，为写入频率做好准备。



给定频率程序段：

D12、D13分别赋值H04、H7F，即就是控制字赋值16#047F，给定频率时要保持启动状态

D300：写频率值辅助用寄存器

D14、D15为上位机预写频率值





延时命令段：

写操作辅助信号M5接通后，延时10ms后将写操作执行标志位M6置位，开始执行RS2指令



RS2指令段：

M6接通允许执行RS2指令，发送缓冲区首地址为D1，发送字节计数为16、接收缓冲区首地址为D17，接收字节计数为16，这均来自USS协议发送与接收规定；

M6上升沿将三菱FX5U通道1（内置RS485通信口）发送请求标志位SM8561置位，则开始发送数据；

当三菱FX5U通道1（内置RS485通信口）接收结束标志位SM8562置位后，接收完成，转存接收到的数据至D147~D162里；

接收完成标志位SM8562被置位或者超时判断标志位SM8565被置位时复位各个标志位，完成一次收发控制。





P0子程序：计算D1~D15低8位异或校验值

入口参数：D131开始的寄存器为要参与异或校验的数据，低8位有效；

入口参数：D129参与异或校验的数据个数；

出口参数：D130最终异或校验值，低8位有效。





九

三菱FX5U系列PLC通信程序测试

编译程序，将程序下载至PLC后，关闭变频器电源，打开串口调试助手，设置好串口调试助手通信参数，开始测试PLC通信程序：

接通M0，通信初始化，则串口调试助手收到：

02 0E 01 00 00 00 00 00 00 00 00 04 7E 00 00 77

接通M1，启动变频器，则串口调试助手收到：

02 0E 01 00 00 00 00 00 00 00 00 04 7F 00 00 76

给D0赋值4000，给定频率，则串口调试助手收到：

02 0E 01 00 00 00 00 00 00 00 00 04 7F 0F A0 D9

接通M2，停止变频器，则串口调试助手收到：

02 0E 01 00 00 00 00 00 00 00 00 04 7A 00 00 73

经分析，上述初始化、启动、给定频率、停止变频器等报文正确。

十

三菱FX5U和西门子MM420系统联调

按照第三部分所讲，完成三菱FX5U通道1（内置RS485通信口）和西门子MM420本体RS485通信口硬件连接，依次上电，经过测试，三菱FX5U通信程序可以完成对西门子MM420变频器启动、停止和给定频率操作。

作者简介

关普，中华工控网串口通信板块版主，专注各种组态软件、触摸屏、PLC、单片机、变频器、伺服控制器、智能仪表等Modbus TCP以太网通信、Modbus RTU串口通信、Modbus ASCII串口通信和其他协议通信等。