贵州西门子代理商

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：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，择优选择较佳控制方法。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较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，较为常见的是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*附加任何费用的、较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
ED000 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。.4 硬件安装方法
（1）用网线**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 **转接插头相连。
（2）将RJ45 电缆分别连接变频器的PU 口，把DB-9 **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，主机不断发出某个的电码给从机，等待从机的响应。主机较多能带31 个从机，在有中继器的情况下，可以增加到126 个从机，也就是从机的地址较多可以设定到126。通讯时，传输的默认格式和传输速率为：8-N-1，9600bps。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**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，较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。

  应该注意的是，同一企业应尽量做到机型统一。这样，同一机型的PLC模块可互为备用，便于备品备件的采购和管理；同时，其统一的功能及编程方法也有利于技术力量的培训、技术水平的提高和功能的开发；此外，由于其外部设备通用，资源可以共享，因此，配以上位计算机后即可把控制各独立系统的多台PLC联成一个DCS系统，这样便于相互通信，集中管理。
二、I/O的选择
    PLC在20世纪90年代已经形成微、小、中、大、巨型多种PLC。按I/O点数分，可分为微型PLC（32I/O）、小型PLC（256I/O）、中型PLC（1024I/O）、大型PLC（4.69I/O）、巨型PLC（8195I/O）五种。
    PLC与工业生产过程的联系是通过I/O接口模块来实现的。PLC有许多I/O接口模块，包括开关量输入模块、开关量输出模块、模拟量输入模块、模拟量输出模块以及其他一些特殊模块，使用时应根据它们的特点进行选择。
    （一）确定I/O点数
    根据控制系统的要求确定所需要的I/O点数时，应再增加 10%～20%的备用量，以便随时增加控制功能。对于一个控制对象，由于采用的控制方法不同或编程水平不同，I/O点数也应有所不同。表2列出了典型传动设备及常用电气元件所需的开关量的I/O点数。
表2 典型传动设备及常用电气元件所需的开关量的I/O点数

（二）开关量I/O
    开关量I/O接口可从传感器和开关（如按钮、限位开关等）及控制设备（如指示灯、报警器、电动机起动器等）接收信号。典型的交流输入/输出信号为24～240V，直流输入/输出信号为5～240V。尽管输入电路因制造厂家不同而不同，但有些特性是相同的，如用于错误信号的抖动电路等。此外，大多数输入电路在高压电源输入和接口电路的控制逻辑部分之间都设有可选的隔离电路。在评估离散输出时，应考虑熔丝、瞬时浪涌保护和电源与逻辑电路间的隔离电路。熔丝电路也许在开始时花费较多，但可能比在外部安装熔丝耗资要少。