變頻器的P L C控制方式研究

劉琳霞 潘云忠

（健雄職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇 太倉215411）

變頻器的P L C控制方式研究

劉琳霞 潘云忠

（健雄職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇 太倉215411）

本文討論了變頻器被PLC控制、不同控制方式功能和應(yīng)用特點(diǎn)，并以西門子S7-200系列小型PLC和MM440變頻器為例，介紹PLC對變頻器頻率控制中，變頻器參數(shù)設(shè)置及硬件要求和編程。

變頻器；通信；PLC；USS協(xié)議

0 引言

變頻器具有體積小、控制靈活、抗干擾能力強(qiáng)、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。被廣泛應(yīng)用在各行業(yè)生產(chǎn)中，成為交流電動機(jī)調(diào)速的主要設(shè)備。現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)通過變頻器與PLC結(jié)合使用，實現(xiàn)生產(chǎn)設(shè)備的自動化控制，達(dá)到節(jié)能和調(diào)速的控制要求。

以下以西門子S7-200系列PLC控制MM440變頻器為例，介紹PLC對變頻器的控制控制方法。

1 使用PLC數(shù)字量輸出信號，控制變頻器實現(xiàn)多級調(diào)節(jié)

使用PLC數(shù)字量輸出信號，控制變頻器輸入端子。通過編程，使PLC輸出口實現(xiàn)不同的邏輯組合，控制變頻器選擇對應(yīng)的預(yù)置速度。再通過對變頻器啟動、停止端子和方向端子的通斷狀態(tài)控制，即可以實現(xiàn)電動機(jī)的啟停控制和輸出頻率的改變。此方法，主要應(yīng)用于控制電動機(jī)按預(yù)先設(shè)定的幾個固定頻率運(yùn)轉(zhuǎn)的場合。

MM440變頻器開關(guān)量輸入端子 DIN1-DIN6，可以通過參數(shù)P0701～P0706的值設(shè)置成不同功能（共19種）。當(dāng)參數(shù)設(shè)置成15～17時，端口作為變頻器的頻率選擇。

圖1 PLC數(shù)字量輸出信號控制變頻器

變頻器設(shè)置步驟：

1）設(shè)置變頻器參數(shù)P1000=3，變頻器的頻率設(shè)置為開關(guān)量控制。此時，MM440變頻器的頻率由數(shù)字輸入端口 （DIN1-NIN6），進(jìn)行選擇。

2）設(shè)置頻率選擇接口的功能。修改P0701～P0706可對應(yīng)設(shè)置DIN1-DIN6的功能。當(dāng)設(shè)置成15-17時，可實現(xiàn)三種頻率的選擇方式：

（1）直接選擇（P0701-P0706=15）

在這種操作方式下，選通一個數(shù)字輸入即對應(yīng)選擇一個固定頻率（對應(yīng)頻率在參數(shù)P1001～P1006中設(shè)定）。當(dāng)多個輸入同時激活時，選定的頻率是他們的總和。

（2）直接選擇+on命令（P0701-P006=16）

在這種操作方式下，數(shù)字量輸入既選定固定頻率，又具有啟動功能。

（3）二進(jìn)制編碼選擇+ON命令（P0701-0706=17）

選用DIN1～DIN6中的端口可通過編碼的方式設(shè)置16種頻率。下表為DIN1～DIN4組合成的二進(jìn)制編碼，不同值對應(yīng)的頻率設(shè)定。

表1 頻率設(shè)定對應(yīng)的編碼

2 使用模擬量輸出信號，提供變頻器的頻率給定信號，實現(xiàn)無極控制

通過給變頻器模擬量輸入通道不同的電壓或電流信號，可以設(shè)置變頻器的工作頻率。再結(jié)合數(shù)字量輸入口控制，即可實現(xiàn)正/反轉(zhuǎn)、起、停控制及變頻控制。此種方法，能夠?qū)崿F(xiàn)近似無極調(diào)速。但要求控制變頻器的PLC提供模擬量輸出信號，可以通過擴(kuò)展模擬量輸出模塊，或選用帶模擬量輸出功能的PLC模塊，如CPU224XP，實現(xiàn)對變頻器頻率的控制。

MM440變頻器有兩路模擬量輸入通道，相關(guān)參數(shù)以in000和in001區(qū)分，可以通過P0756分別設(shè)置每個通道屬性，例如：當(dāng)P0756設(shè)置成“=2”時，變頻器的模擬量輸入信號設(shè)置為“單極性電流輸入（0至20mA）”。

3 使用串行通信方式，實現(xiàn)變頻器的頻率控制和參數(shù)讀寫

使用通信方式控制變頻器，具有接線簡單，穩(wěn)定性好，控制靈活等優(yōu)點(diǎn)。不但可以實現(xiàn)變頻器頻率的設(shè)定，也可以讀、寫變頻器的參數(shù)，從而連續(xù)實現(xiàn)變頻器的遠(yuǎn)程控制和監(jiān)視。

S7-200與西門子的變頻器之間可采用USS協(xié)議進(jìn)行通信。USS協(xié)議（Universal Serial Interface Protocol通用串行接口協(xié)議）是SIEMENS公司所有傳動產(chǎn)品的通用通訊協(xié)議，它是一種基于串行總線進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊的協(xié)議。USS按照串行總線的主從通訊原理來確定訪問的方法。總線上最多可以連接1個主站（PLC）和最多31個從站（變頻器）。每個變頻器，編址成不同站號。主站設(shè)置通信包中的地址字符來選擇要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)的從站。在主站沒有要求從站進(jìn)行通訊時，從站本身不能首先發(fā)送數(shù)據(jù)，各個從站之間也不能直接進(jìn)行信息傳輸。

硬件上：協(xié)議采用RS485標(biāo)準(zhǔn)，具有很高的抗噪聲能力。允許工作在超長距離的場合 （可達(dá)1000米）。通信最大波特率57600bit/s。USS主站在條件允許下，盡量選用直流型的CPU（針對S7-200系列），通訊電纜可采用雙絞線或采用屏蔽雙絞線（抗干擾性能更好）。

圖2 PLC與變頻器構(gòu)成的USS協(xié)議網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

編程：西門子公司提供USS協(xié)議的指令庫。指令庫提供14個子程序、3個中斷程序和8條指令以支持USS協(xié)議。指令庫安裝后，用戶可在STEP 7 MicroWIN軟件中直接使用庫中的指令。使用指令時，其自帶的子程序或中斷程序自動加載到項目中。常用的指令如：USS_INT，初始化指令，用于允許或禁止PLC與變頻器的通信，以及改變通信參數(shù)；USS_CTRL，控制指令，用于控制處于激活狀態(tài)的變頻器起停、方向、轉(zhuǎn)速及故障復(fù)位；USS_RPM_x/USS_WPM_x，讀/寫變頻器參數(shù)指令，用于從變頻器讀取或向變頻器寫入指定參數(shù)的參數(shù)值，并返回指令執(zhí)行的相關(guān)信息。

如不采用指令庫中的指令，則需依據(jù)USS協(xié)議的格式自行編寫通信程序，包括通信參數(shù)設(shè)計、校驗、參數(shù)讀寫等。USS協(xié)議的報文結(jié)構(gòu)如下：

圖3 USS協(xié)議的通信報文結(jié)構(gòu)

STX(=02hex)為開始字符。LGE為后面字節(jié)的長度（總的報文長度為LGE+2）。ADR為一字節(jié)的地址字節(jié)，用以指定變頻器地址（0～31），則信息被指定的從站接受。另也可設(shè)置新校被所有的從站接受。ATA1～DATAN為有效數(shù)據(jù)區(qū)，分為PKW和PZD。PKW說明需要進(jìn)行的操作（如讀、寫參數(shù)）及操作需要的數(shù)據(jù)；PZD區(qū)域用以控制和監(jiān)控變頻器，其處理的優(yōu)先級要高于PKW，保證主站及時監(jiān)控到最新數(shù)據(jù)（詳細(xì)信息可查閱西門子公司提供的產(chǎn)品手冊）。報文以數(shù)據(jù)塊的檢驗符（BBC）結(jié)束。校驗符（BBC）1字節(jié)，采用異或和校驗。

另外，對于通信速度要求較高的應(yīng)用場合可采用PROFIBUS-DP通信方式。通信速度可達(dá)12Mbaud，一個DP系統(tǒng)最多可以連接125個從站。并允許多主站操作。此時S7-200需擴(kuò)展通信模塊。變頻器需要安裝PROFIBUS模板。

4 結(jié)論

對變頻器的PLC控制方式的選擇應(yīng)根據(jù)實際應(yīng)用的具體要求。一方面要考慮開發(fā)成本，另一方面也要考慮到系統(tǒng)的穩(wěn)定性和擴(kuò)展性。

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［3］衛(wèi)潔瓊，李鐵鷹.PLC在備煤控制系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].煤礦機(jī)電，2010（02）.

［4］黃寧.PLC、觸摸屏和變頻器在循環(huán)雙流化床鍋爐自動控制系統(tǒng)的應(yīng)用[J].自動化技術(shù)與應(yīng)用，2010（02）.

陳雙芹］