易能EDS-1000系列變頻器與西門子S7-200系列自由通訊
方案介紹
我國東北地區是規模最大的食用菌生產加工出口基地之一。隨著市場需求的不斷增加,生產能力的逐漸擴大,生產設備的老化與滯后問題突顯出來。培養基二次發酵是某企業一個重要的生產過程,是食用菌生產的基礎工序。
目前,該公司有6 個培養基二次發酵隧道。每個隧道配置8 個溫度傳感器,分別布置在發酵隧道的入風口、出風口和培養基中,用于檢測發酵過程溫度。每個隧道配置一臺風機和風門,用于調節發酵隧道的溫度,達到整個發酵過程的要求。現階段,該公司采用人工的方法監控隧道溫度,并用手動的方法調節風機轉速和風門開度。自動化水平低、耗能高、人力資源的浪費等諸多問題急需解決。
在傳統的PLC 變頻控制集成系統中,變頻器的啟動/停止與故障監控由PLC 通過開關量實現端對端控制。變頻器頻率是由PLC 通過模擬量輸出端口輸出0~5(10)V 或4~20mA 信號控制,需要PLC 配置昂貴的模擬量輸出端口模塊。變頻器出現故障時由PLC 讀取變頻器的故障報警觸點,對具體故障原因并不清楚,需查詢變頻器報警信息后再閱讀變頻器說明書才知道。隨著交流變頻控制系統及通訊技術的發展,可以利用PLC 及變頻器的串行通訊的方式來實現PLC 對變頻器的控制。
在工業自動化控制系統中,最為常見的是PLC 和變頻器的組合應用,并且產生了多種多樣的PLC 控制變頻器的方法,其中采用RS-485 通訊方式實施控制的方案得到廣泛的應用:因為它抗干擾能力強、傳輸速率高、傳輸距離遠且造價低廉。本文就是針對該公司的自動化問題,應用PLC與變頻器的串行通訊,實現風機的變頻調速和遠程監控。
變頻器通訊的系統配置
1.1 變頻器的選擇
易能電氣的EDS1000系列變頻調速器提供串行通訊技術的支持。它所支持的串行通訊技術包括標準RS-485、PROFIDRIVE、 LONWORKS 在內的多種現場總線方式。其中,RS-485通訊方式為用戶提供了無需附加任何費用的、最為廉價實用的串行通訊方式。只需按照EDS1000 變頻器規定的通訊數據結構、控制字和狀態字格式發送數據即可實現與變頻的通訊。
1.2 PLC 的選擇
西門子工控產品在工控領域應用市場中有較高的占有率。S7-200 系列是西門子SIMATIC PLC 家族中的小規模PLC 成員,自由通訊口方式是S7-200 PLC 的一個特色的功能,它使S7-200 PLC 可以由用戶自己定義通訊協議。利于自由通訊口方式,在本系統中PLC可以與變頻器方便連接。PLC 通過自由通訊口方式與變頻器通訊,控制變頻器的運行,讀取變頻器自身的電壓、電流、功率、頻率和過壓、過流、過負荷等全部報警信息等參數,這比通過外部端口控制變頻器的運行具有較高的可靠性,節省了PLC 寶貴的I/0端口,又獲的了大量變頻器的信息。在本例中,作者將按照自由口協議來對S7-200 的自由口進行編程[2]。
1.3 系統硬件組成
EDS-1000 系列變頻器RS-485 接口與西門子S7-200 系列226CPU 型PLC 的自由通訊口1的配線圖,如圖1 所示。PLC 為主機,變頻器為從機,主從機點對點通訊。
1.4 硬件安裝方法
(1)用網線專用壓接鉗將電纜的一頭和RJ45 水晶頭進行壓接;另一頭則按西門子PLC自由通訊口的針口排列,與DB-9 專用轉接插頭相連。
(2)將RJ45 電纜分別連接變頻器的PU 口,把DB-9 專用轉接插頭與S7-200 PLC 的自由通訊口1 相連
2. 變頻器通訊原理
EDS1000 系列變頻器的串行通訊為異步半雙工的方式,使用字節奇偶校驗。PLC 為主機,變頻器為從機,系統電碼的傳輸由主機控制,主機不斷發出某個地址的電碼給從機,等待從機的響應。主機最多能帶31 個從機,在有中繼器的情況下,可以增加到126 個從機,也就是從機的地址最多可以設定到126。通訊時,傳輸的默認格式和傳輸速率為:8-N-1,9600bps。傳輸的數據命令幀格式表1 所示。
上述數據結構中:
(1)幀頭:為字符“~”(即十六進制7E),單字節。
(2)從機地址:從機的本機地址,占用兩個字節,ASCII 格式。變頻器出廠設置為01。
(3)主機命令/從機響應:主機發出的命令,從機對命令的應答。占用雙字節,采用ASCII 格式。
(4)輔助索引/命令索引/故障索引:對于主機,輔助索引、命令索引用于配合主機命令實現具體功能。對于從機,輔助索引、命令索引用于從機上報故障狀態碼,命令索引不作改動,直接上報。數據類型為16進制,4 個字節,ASCII 格式。命令索引占用低二個字節,輔助索引占用高二個字節,數據范圍為“00”~“FF”。
(5)校驗和:數據含義為幀校驗,占用四個字節,ASCII 格式。計算方法為“從機地址”到“運行數據”全部字節的ASCII 碼值的累加和。
(6)幀尾:十六進制0D,單字節[3]
3. PLC 編程示例
本文結合發酵隧道控制系統的需要,考慮其實用性,本系統主要是設置變頻器的運行頻率和讀取變頻器的參數。
3.1 變頻器的運行頻率設定程序
PLC 在第一次掃描時執行初始化子程序,對通訊端口進行設置。本例運用端口1 進行通訊,變頻器地址為01。例如:設定值為40.00HZ,格式:“~010C00010FA0027C\R”,程序如下:
Network 1 //初次掃描,進行初始化操作,置傳送字節數。// LD SM0.1 MOVB 18, VB199 Network 2 //若SM0.7=1,允許自由口模式// LD SM0.7 MOVB 9, SMB130 Network 3 //若SM0.7=0,允許PPI/

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