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PLC 与变频器的通讯应用

   日期:2013-03-23     来源:工控之家网    作者:工控之家    浏览:33    评论:0    
摘 要:本文针对食用菌培养基的发酵工艺,简要介绍风机变频控制系统的组成及其控制过程。分析了该控制系统的缺陷,自动化水平低、可靠性差。结合当今先进的自动化控制技术,择优选择最佳控制方法。提出了采用西门子公司S7-200 系列PLC 的自由口模式与易能公司EDS1000 变频器串行通讯的方法。应用多机通讯原理,PLC 为主机,变频器为从机,主从机点对点通讯。易能电气的EDS1000 系列变频调速器支持的串行通讯标准RS-485 协议,S7-200 PLC 自由通讯口方式的特色功能,使S7-200 PLC 和易能EDS1000 系列变频器通讯协议达成一致。本文以设置变频器的运行频率和读取变频器的参数为例,给出相应的PLC程序。

关键词:变频器;PLC;自由口通讯

0. 引言

    我国东北地区是规模最大的食用菌生产加工出口基地之一。随着市场需求的不断增加,生产能力的逐渐扩大,生产设备的老化与滞后问题突显出来。培养基二次发酵是某企业一个重要的生产过程,是食用菌生产的基础工序。目前,该公司有6 个培养基二次发酵隧道。每个隧道配置8 个温度传感器,分别布置在发酵隧道的入风口、出风口和培养基中,用于检测发酵过程温度。每个隧道配置一台风机和风门,用于调节发酵隧道的温度,达到整个发酵过程的要求。现阶段,该公司采用人工的方法监控隧道温度,并用手动的方法调节风机转速和风门开度。自动化水平低、耗能高、人力资源的浪费等诸多问题急需解决。

    在传统的PLC 变频控制集成系统中,变频器的启动/停止与故障监控由PLC 通过开关量实现端对端控制。变频器频率是由PLC 通过模拟量输出端口输出0~5(10)V 或4~20mA 信号控制,需要PLC 配置昂贵的模拟量输出端口模块。变频器出现故障时由PLC 读取变频器的故障报警触点,对具体故障原因并不清楚,需查询变频器报警信息后再阅读变频器说明书才知道。随着交流变频控制系统及通讯技术的发展,可以利用PLC 及变频器的串行通讯的方式来实现PLC 对变频器的控制。

    在工业自动化控制系统中,最为常见的是PLC 和变频器的组合应用,并且产生了多种多样的PLC 控制变频器的方法,其中采用RS-485 通讯方式实施控制的方案得到广泛的应用:因为它抗干扰能力强、传输速率高、传输距离远且造价低廉。本文就是针对该公司的自动化问题,应用PLC 与变频器的串行通讯,实现风机的变频调速和远程监控[1]。

1. 变频器通讯的系统配置

1.1 变频器的选择

    易能电气的EDS1000 系列变频调速器提供串行通讯技术的支持。它所支持的串行通讯技术包括标准RS-485、PROFIDRIVE、 LONWORKS 在内的多种现场总线方式。其中,RS-485通讯方式为用户提供了无需附加任何费用的、最为廉价实用的串行通讯方式。只需按照EDS1000 变频器规定的通讯数据结构、控制字和状态字格式发送数据即可实现与变频的通讯。

1.2 PLC 的选择

    西门子工控产品在工控领域应用市场中有较高的占有率。S7-200 系列是西门子SIMATIC PLC 家族中的小规模PLC 成员,自由通讯口方式是S7-200 PLC 的一个特色的功能,它使S7-200 PLC 可以由用户自己定义通讯协议。利于自由通讯口方式,在本系统中PLC可以与变频器方便连接。PLC 通过自由通讯口方式与变频器通讯,控制变频器的运行,读取变频器自身的电压、电流、功率、频率和过压、过流、过负荷等全部报警信息等参数,这比通过外部端口控制变频器的运行具有较高的可靠性,节省了PLC 宝贵的I/0 端口,又获的了大量变频器的信息。在本例中,作者将按照自由口协议来对S7-200 的自由口进行编程[2]。

1.3 系统硬件组成

    EDS-1000 系列变频器R-485 接口与西门子S7-200 系列226CPU 型PLC 的自由通讯口1的配线图,如图1 所示。PLC 为主机,变频器为从机,主从机点对点通讯。

1.4 硬件安装方法

    (1)用网线专用压接钳将电缆的一头和RJ45 水晶头进行压接;另一头则按西门子PLC自由通讯口的针口排列,与DB-9 专用转接插头相连。

    (2)将RJ45 电缆分别连接变频器的PU 口,把DB-9 专用转接插头与S7-200 PLC 的自由通讯口1 相连

2. 变频器通讯原理

    EDS1000 系列变频器的串行通讯为异步半双工的方式,使用字节奇偶校验。PLC 为主机,变频器为从机,系统电码的传输由主机控制,主机不断发出某个地址的电码给从机,等待从机的响应。主机最多能带31 个从机,在有中继器的情况下,可以增加到126 个从机,也就是从机的地址最多可以设定到126。通讯时,传输的默认格式和传输速率为:8-N-1,9600bps。传输的数据命令帧格式表1 所示。

上述数据结构中:

(1)帧头:为字符“~”(即十六进制7E),单字节。

(2)从机地址:从机的本机地址,占用两个字节,ASCII 格式。变频器出厂设置为01。

(3)主机命令/从机响应:主机发出的命令,从机对命令的应答。占用双字节,采用
ASCII 格式。

(4)辅助索引/命令索引/故障索引:对于主机,辅助索引、命令索引用于配合主机命令实现具体功能。对于从机,辅助索引、命令索引用于从机上报故障状态码,命令索引不作改动,直接上报。数据类型为16 进制,4 个字节,ASCII 格式。命令索引占用低二个字节,辅助索引占用高二个字节,数据范围为“00”~“FF”。

(5)校验和:数据含义为帧校验,占用四个字节,ASCII 格式。计算方法为“从机地址”到“运行数据”全部字节的ASCII 码值的累加和。

(6)帧尾:十六进制0D,单字节[3]

3. PLC 编程示例

    本文结合发酵隧道控制系统的需要,考虑其实用性,本系统主要是设置变频器的运行频率和读取变频器的参数。

3.1 变频器的运行频率设定程序

    PLC 在第一次扫描时执行初始化子程序,对通讯端口进行设置。本例运用端口1 进行通讯,变频器地址为01。例如:设定值为40.00HZ,格式:“~010C00010FA0027C\R”,程序如下:

Network 1 //初次扫描,进行初始化操作,置传送字节数。//
LD SM0.1
MOVB 18, VB199
Network 2 //若SM0.7=1,允许自由口模式//
LD SM0.7
MOVB 9, SMB130
Network 3 //若SM0.7=0,允许PPI/从站模式//
LDN SM0.7
R SM130.0, 1
Network 4 //初始化从机运行频率给定命令//
MOVB 0, MB2
MOVB 18, MB3
Network 2 //连接字符接收中断到中断程序0//
LD SM0.7
ATCH INT_0:INT1, 25
ENI
Network 3 //若MB2=MB3 时,则:计数器清0,恢复初始状态//
LDB= MB2, MB3
MOVB 0, MB2
MOVD &VB320, VD316
中断进行接收数据程序如下:
Network 1 //断开中断,将数据放入数据区//
LD SM0.0
DTCH 25
MOVB SMB2, *VD316
INCD VD316
INCB MB2

4. 结束语

    使用此方法采用西门子S7200 系列226 型CPU 的PLC 通过自由口1,使用RS-485 协议对易能EDS1000 型变频器进行控制,极大地减少了线路连接的复杂性,避免了现场可能的各种电磁干扰对控制设备的影响。

参考文献

[1] 郭宗仁等.可编程序控制器及其通讯网络技术[M].北京:人民邮电出版社,1999
[2] 可编程程序控制器原理及应用[M].北京:机械工业出版社,2004.
[3] EDS1000 系列变频器使用手册[K].深圳:易能电气技术有限公司,2007.

 
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