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(qū)是規(guī)模最大的食用菌生產(chǎn)加工出口基地之一。隨著市場需求的不斷增加，生產(chǎn)能力的逐漸擴(kuò)大，生產(chǎn)設(shè)備的老化與滯后問題突顯出來。培養(yǎng)基二次發(fā)酵是某企業(yè)一個(gè)重要的生產(chǎn)過程，是食用菌生產(chǎn)的基礎(chǔ)工序。    

         目前，該公司有6 個(gè)培養(yǎng)基二次發(fā)酵隧道。每個(gè)隧道配置8 個(gè)溫度傳感器，分別布置在發(fā)酵隧道的入風(fēng)口、出風(fēng)口和培養(yǎng)基中，用于檢測發(fā)酵過程溫度。每個(gè)隧道配置一臺風(fēng)機(jī)和風(fēng)門，用于調(diào)節(jié)發(fā)酵隧道的溫度，達(dá)到整個(gè)發(fā)酵過程的要求?，F(xiàn)階段,該公司采用人工的方法監(jiān)控隧道溫度，并用手動的方法調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速和風(fēng)門開度。自動化水平低、耗能高、人力資源的浪費(fèi)等諸多問題急需解決。 

    在傳統(tǒng)的PLC 變頻控制集成系統(tǒng)中，變頻器的啟動/停止與故障監(jiān)控由PLC 通過開關(guān)量實(shí)現(xiàn)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(xiàn)故障時(shí)由PLC 讀取變頻器的故障報(bào)警觸點(diǎn)，對具體故障原因并不清楚，需查詢變頻器報(bào)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(tǒng)及通訊技術(shù)的發(fā)展，可以利用PLC 及變頻器的串行通訊的方式來實(shí)現(xiàn)PLC 對變頻器的控制。 

        在工業(yè)自動化控制系統(tǒng)中，最為常見的是PLC 和變頻器的組合應(yīng)用，并且產(chǎn)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(shí)施控制的方案得到廣泛的應(yīng)用：因?yàn)樗垢蓴_能力強(qiáng)、傳輸速率高、傳輸距離遠(yuǎn)且造價(jià)低廉。本文就是針對該公司的自動化問題，應(yīng)用PLC與變頻器的串行通訊，實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)的變頻調(diào)速和遠(yuǎn)程監(jiān)控。 

變頻器通訊的系統(tǒng)配置  

   1.1 變頻器的選擇

易能電氣的EDS1000系列變頻調(diào)速器提供串行通訊技術(shù)的支持。它所支持的串行通訊技術(shù)包括標(biāo)準(zhǔn)RS-485、PROFIDRIVE、 LONWORKS 在內(nèi)的多種現(xiàn)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(fèi)用的、最為廉價(jià)實(shí)用的串行通訊方式。只需按照EDS1000 變頻器規(guī)定的通訊數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、控制字和狀態(tài)字格式發(fā)送數(shù)據(jù)即可實(shí)現(xiàn)與變頻的通訊。

    1.2 PLC 的選擇

    西門子工控產(chǎn)品在工控領(lǐng)域應(yīng)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(guī)模PLC 成員，自由通訊口方式是S7-200 PLC 的一個(gè)特色的功能，它使S7-200 PLC 可以由用戶自己定義通訊協(xié)議。利于自由通訊口方式，在本系統(tǒng)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(yùn)行，讀取變頻器自身的電壓、電流、功率、頻率和過壓、過流、過負(fù)荷等全部報(bào)警信息等參數(shù)，這比通過外部端口控制變頻器的運(yùn)行具有較高的可靠性，節(jié)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(xié)議來對S7-200 的自由口進(jìn)行編程[2]。

    1.3 系統(tǒng)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(jī)，變頻器為從機(jī)，主從機(jī)點(diǎn)對點(diǎn)通訊。

1.4 硬件安裝方法 

     （1）用網(wǎng)線專用壓接鉗將電纜的一頭和RJ45 水晶頭進(jìn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(jié)奇偶校驗(yàn)。PLC 為主機(jī)，變頻器為從機(jī)，系統(tǒng)電碼的傳輸由主機(jī)控制，主機(jī)不斷發(fā)出某個(gè)地址的電碼給從機(jī)，等待從機(jī)的響應(yīng)。主機(jī)最多能帶31 個(gè)從機(jī)，在有中繼器的情況下，可以增加到126 個(gè)從機(jī)，也就是從機(jī)的地址最多可以設(shè)定到126。通訊時(shí)，傳輸?shù)哪J(rèn)格式和傳輸速率為：8-N-1，9600bps。傳輸?shù)臄?shù)據(jù)命令幀格式表1 所示。

   上述數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中：

    （1）幀頭：為字符“～”（即十六進(jìn)制7E），單字節(jié)。

    （2）從機(jī)地址：從機(jī)的本機(jī)地址，占用兩個(gè)字節(jié)，ASCII 格式。變頻器出廠設(shè)置為01。

    （3）主機(jī)命令/從機(jī)響應(yīng)：主機(jī)發(fā)出的命令，從機(jī)對命令的應(yīng)答。占用雙字節(jié)，采用ASCII 格式。

    （4）輔助索引/命令索引/故障索引：對于主機(jī)，輔助索引、命令索引用于配合主機(jī)命令實(shí)現(xiàn)具體功能。對于從機(jī)，輔助索引、命令索引用于從機(jī)上報(bào)故障狀態(tài)碼，命令索引不作改動，直接上報(bào)。數(shù)據(jù)類型為16進(jìn)制，4 個(gè)字節(jié)，ASCII 格式。命令索引占用低二個(gè)字節(jié)，輔助索引占用高二個(gè)字節(jié)，數(shù)據(jù)范圍為“00”～“FF”。

    （5）校驗(yàn)和：數(shù)據(jù)含義為幀校驗(yàn)，占用四個(gè)字節(jié)，ASCII 格式。計(jì)算方法為“從機(jī)地址”到“運(yùn)行數(shù)據(jù)”全部字節(jié)的ASCII 碼值的累加和。

    （6）幀尾：十六進(jìn)制0D，單字節(jié)[3]

   3. PLC 編程示例

      本文結(jié)合發(fā)酵隧道控制系統(tǒng)的需要，考慮其實(shí)用性，本系統(tǒng)主要是設(shè)置變頻器的運(yùn)行頻率和讀取變頻器的參數(shù)。

   3.1 變頻器的運(yùn)行頻率設(shè)定程序

PLC 在第一次掃描時(shí)執(zhí)行初始化子程序，對通訊端口進(jìn)行設(shè)置。本例運(yùn)用端口1 進(jìn)行通訊，變頻器地址為01。例如：設(shè)定值為40.00HZ，格式：“～010C00010FA0027C\R”，程序如下：

Network 1 //初次掃描，進(jìn)行初始化操作，置傳送字節(jié)數(shù)。// 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/