西门子许昌PLC模块总代理

本文介绍了西门子S7-200系列PLC与伟创变频器之间RS-485通讯控制及及数据格式，详细分析了通讯控制调速系统与一般模拟量控制调速系统相比的优越性。并给出了应用实例及其PLC程序设计的思路。

一、 引言

在造纸行业,一条同步生产线起初早采用的控制方式是:同步控制器（如CTKT调速器）+滑差电机→同步控制器（如台达）+变频器。 直到现在绝大部分普遍采用的PLC+D/A模块+变频驱动为普遍。采用D/A扩展模块控制变频器的频率时，相比而言比同步控制器要好，但同样容易受到模拟量信号的波动和因距离不一致而造成的模拟量信号衰减不一致的影响，使整个系统的工作稳定性和可靠性降低。从经济的角度来分析，当需要控制多台变频器时，如果采用D/A扩展模块，成本将大大增高，我们以六个点的系统来说明，那么至少需要一个4通道的4D/A模块和一个2通道的2D/A的模块来组成该系统。仅2个模块的价格在2500元左右。而使用S7-200系列PLC，不但省掉了D/A模块，而且还省掉了通讯模块（三菱FX系列PLC则需要一个485BD通讯模块，价格在200元），因为S7-200的编程端口PORT0（PORT1）通过设定参数后就是一个RS-485通讯接口，而且我们还通过对输入点进行组合的方式可以节省大量PLC主机的输入点。仍以一条6点的同步纸机系统为例，仅需一台S7-200 CPU224主机+6台变频器，就能达到主速升/降、各点之间的比例调节、绷紧、爬行等所有纸机的全部功能。和传统的PLC主机+D/A模块方式相比至少节约了3000元左右，同步点数越多价格相差越大、越经济。

二、系统配置 （以6点同步系统说明）

本纸机同步控制系统采用一台西门子S7-200-CPU224 PLC和6台变频器，分别驱动一压榨、二压榨、一缸、二缸、三缸、切纸（卷纸）

改造后可达到以下功能：主升/主降、急停、消除比例记忆、各点分别有比例微升/微降、绷紧、爬行。

三、程序设计要点

该系统的重点在于程序的设计编写。首先我们必须要详解了解纸机同步系统的工作原理，因此我们在编写程序时应注意以下几点：

1、速度链功能 对纸机来说，整条生产线正常运转时，由于每个点之间的机械传动比不尽相同，烘缸直径大小不同，在保证一定的线速度下，就必然导致每个点的电机转速不一样，即变频器输出的频率不一样。也就是说相邻的两台电机转速存在着一定的比例关系B，我们假设主速度为N，1#—6#变频器速度为N1、N2、N3、N4、N5、N6。即：

N1=N

N2=N1＊B2

N3=N2＊B3=N1＊B2＊B3

N4=N3＊B4= N1＊B2＊B3＊B4

N5=N4＊B5= N1＊B2＊B3＊B4＊B5

N6=N5＊B6= N1＊B2＊B3＊B4＊B5＊B6

从以上关系式我们不难看出，进行同步调速时，无论调整哪个点的比例系数均不会影响其它分部之间的同步关系，因此遵循以上原则编写出一个速度链的子程序模块。使程序变得清晰简洁。

2、跟随功能 同样按以上关系式可以看出。当按下任意一个点的“绷紧”按纽时，后面的各点自动的跟随。前面的点不变。松开“绷紧”按纽时即恢复原有的同步线速度。即“后跟前不跟”此功能主要应用在当某一个环节纸松慢慢呈下垂状态时，按下此按纽，在现有的同步线速度下加上2-3HZ频率。

3、爬行功能 每个点均有（6-8HZ）。主要是在检修时用。

4、记忆及消除记忆功能 每次调整后自动记忆，下次开机时就无须再调，十分方便。如整个系统调乱了，还可消除记忆，即每个点的速度都在主速度N下运行。

5、急停功能 如有异常情况按下红色蘑菇头按纽自锁，这时系统暂停封闭输出。异常解除后，松开蘑菇头按纽，系统即按刚才停机前的线速度运行。

6、通讯程序编写

AC60系列变频器采用MODBUS协议，通讯格式为RTU（远程终端单元）模式，通讯数据格式如下：

字节的组成：包括起始位、8个数据位、校验位和停止位。

协议格式解释：

起始位 即帧头以至少3.5个字节的传输时间停顿间隔作为开始.依次传输一帧数据直至结束

Bit1 从机地址 变频器为从机，变频器的本机地址即为PLC通讯的从机地址，由变频器的参数设定（H-67）

Bit2 命令代码 主机发送的命令代码，对从机进行相应的操作，如03H读从机参数、06H写从机参数、08H回路自检测。

Bit3 / Bit4 数据地址高位/低位 即从机数据地址

Bit5 / Bit6 数据地址高位/低位 即从机数据地址里面的内容

Bit5 / Bit6 CRC校验低位/高位

采用西门子S7-200PLC编程如下：

1、CRC校验子程序编写 首先将编程端口PORT0（PORT1）通过对SMB30（SMB130）设置，即偶校验（E、8、1）和波特率的值的内容。对PLC进行初始化。并编写CRC校验子程序。收此时的编程端口无法进行状态监控。子程序使用了多个局部变量，以方便其它子程序调用。

CRC校验及通讯协议参数PRT0端口设定

设置变频器以下参数：H-66=0//变频器设为从站
H-67=1 //变频器通讯地址为1
H-69=3 //通讯波特率9.6K
H-68=1 //（E、8、1）//通讯数据偶校验
E-01=2 //变频器的运行采用通讯方式
E-02=6 //变频器的给定频率设定采用通讯方式

2、速度链子程序 按照我们上面所述的比例关系式来设计子程序。利用浮点运算处理，调节比例系数时可达到变频器的大分辩率，即0.01HZ。

3、RS发送格式子程序 以每隔30MS发送一帧数据，不断循环发送。经实践证明效果很好。

4、其它 注意单位时间内的升降值（分辩率）的限幅，主机升降速度和从机升降速度一定要分为两个定时器编写

个人微机、单板机、单片机和工业控制计算机用于工业控制存在如下缺点：个人微机需要附加专用I/O接口且抗干扰能力较差；单板机难于满足复杂控制要求，且必须进行接口的开发设计；单片机一般要附加配套集成电路和I/O接口；工业控制计算机价格太高；控制程序大多采用较难掌握的汇编语言编写。而plc克服了上诉缺点，其应用范围正不断扩大，甚至过去使用专用计算机的场合也可使用PLC。

　　1. 开关量逻辑控制　这是PLC基本广泛的应用。可以用价格低、仅有开关量控制功能的小型PLC作为继电器控制的替代物，开关量控制可以用于单台设备，也可用于自动生产线。

　　2. 运动控制　PLC可使用专用运动控制模块实现直线运动和圆周运动的位置控制。大部分PLC都有运动控制功能，可广泛用于各种机械，如机床、装配机械、机器人、电梯等。

　　3. 闭环过程控制　过程控制是指对温度、压力、流量、转速等连续变化的模拟量的闭环控制。现在的PLC一般都具有D/A、A/D转换及PID闭环控制功能的专用模块，可广泛用于塑料挤压成型机、加热炉、锅炉等设备和轻工、化工、机械、冶金、电力、建材等行业的闭环过程控制。

　　4. 数据处理　现在的PLC具有很强的数学运算能力，可以完成数据的采集和分析。数据处理一般用于大型控制系统如无人柔性制造系统或过程控制系统。

　　5. 通讯　现在的PLC很多具有PLC与PLC、PLC与远程I/O、PLC与上位计算机之间的通讯功能。利用它的通讯功能，可形成多级控制系统。通常采用多台PLC分散控制，由上位计算机集中管理，这种控制系统称为分散式控制系统

　1．按I/O点数及存储器的容量分类

　　一般而言，处理的I/O点数比较多，则控制关系比较复杂，用户需要的程序存储器容量比较大，要求plc指令及其他功能比较多，指令执行的过程也比较快等。按PLC的输入输出点数可分为如下三类：

　　1）小型PLC——小型PLC的功能一般以开关量控制为主，其输入、输出总点数一般在256点以下，用户程序存储器容量在4K字以下。现在的高性能小型PLC还具有一定的通讯能力和少量的模拟量处理能力。这类PLC的特点是价格低廉，体积小巧，适合于控制单台设备，开发机电一体化产品。典型的小型机有西门子公司的S7-200系列、Rockwell公司的SLC500系列、OMRON公司的CPM2A系列、三菱公司的FX系列等产品。

　　2）中型PLC——中型PLC的输入、输出总点数在256～1024点之间，用户程序存储器的容量大于8K字。中型PLC具有更强的模拟量处理能力、数字计算能力和通讯能力。中型机的指令比小型机更丰富，一般适用于复杂的逻辑控制系统以及连续生产过程的控制场合。典型的中型机有西门子的S7-300系列、Rockwell公司的ControlLogix系列、OMRON公司的C200H系列等产品。

　　3）大型PLC——大型PLC的I/O总点数在1024点以上，用户程序存储器容量可达8～16M。大型PLC的性能已经与工业控制计算机相当，它具有计算、控制和调节的功能，还具有强大的通讯联网能力。它可以连接hmi作为系统监视或操作界面，能够表示过程的动态流程，记录各种曲线，可配备多种智能模块，构成一个多功能系统。这种系统还可以和其他型号的控制器、上位机相连，组成一个集中分散的生产过程和产品质量控制系统。大型机适用于设备自动化、过程自动化控制和过程监控。典型的大型PLC有西门子的S7-400、OMRON公司的CVMl和CSl系列、Rockwell公司的ControlLogix、PLC5/05系列等产品。

　　2. 根据结构形式分

　　1）整体式（箱体式）——整体式结构的特点是将PLC的基本部件，如CPU板、输入板、输出板、电源板等紧凑地安装在一个标准机壳内，构成一个整体，组成PLC的一个基本单元（主机）或扩展单元。基本单元上设有扩展端口，通过扩展电缆与扩展单元相连。以构成PLC不同的配置。整体式结构的PLC体积小，成本低，安装方便。微型和小型PLC一般为整体式结构。

　　2）机架模块式——模块式结构的PLC是由一些模块单元构成，这些标准模块如CPU模块、输人模块、输出模块、电源模块和各种功能模块等，将这些模块插在框架上或基板上即可。各模块功能是独立的，外形尺寸是统一的，插入什么模块可根据需要灵活配置。目前，中、大型PLC多采用这种结构形式