偉創(chuàng)AC60變頻器與西門子S7-200通訊在同步紙機上的應用
本文介紹了西門子S7-200系列PLC與偉創(chuàng)變頻器之間RS-485通訊控制及及數(shù)據(jù)格式，詳細分析了通訊控制調速系統(tǒng)與一般模擬量控制調速系統(tǒng)相比的優(yōu)越性。并給出了應用實例及其PLC程序設計的思路。
一、引言
在造紙行業(yè),一條同步生產線起初最早采用的控制方式是:同步控制器(如CTKT調速器)+滑差電機→同步控制器（如臺達）+變頻器。直到現(xiàn)在絕大部分普遍采用的PLC+D/A模塊+變頻驅動最為普遍。采用D/A擴展模塊控制變頻器的頻率時，相比而言比同步控制器要好，但同樣容易受到模擬量信號的波動和因距離不一致而造成的模擬量信號衰減不一致的影響，使整個系統(tǒng)的工作穩(wěn)定性和可靠性降低。從經濟的角度來分析，當需要控制多臺變頻器時，如果采用D/A擴展模塊，成本將大大增高，我們以六個點的系統(tǒng)來說明，那么至少需要一個4通道的4D/A模塊和一個2通道的2D/A的模塊來組成該系統(tǒng)。僅2個模塊的價格在2500元左右。而使用S7-200系列PLC，不但省掉了D/A模塊，而且還省掉了通訊模塊（三菱FX系列PLC則需要一個485BD通訊模塊，價格在200元），因為S7-200的編程端口PORT0（PORT1）通過設定參數(shù)后就是一個RS-485通訊接口，而且我們還通過對輸入點進行組合的方式可以節(jié)省大量PLC主機的輸入點。仍以一條6點的同步紙機系統(tǒng)為例，僅需一臺S7-200CPU224主機+6臺變頻器，就能達到主速升/降、各點之間的比例調節(jié)、繃緊、爬行等所有紙機的全部功能。和傳統(tǒng)的PLC主機+D/A模塊方式相比至少節(jié)約了3000元左右，同步點數(shù)越多價格相差越大、越經濟。
二、系統(tǒng)配置（以6點同步系統(tǒng)說明）
本紙機同步控制系統(tǒng)采用一臺西門子S7-200-CPU224PLC和6臺變頻器，分別驅動一壓榨、二壓榨、一缸、二缸、三缸、切紙（卷紙）
改造后可達到以下功能：主升/主降、急停、消除比例記憶、各點分別有比例微升/微降、繃緊、爬行。
三、程序設計要點
該系統(tǒng)的重點在于程序的設計編寫。首先我們必須要詳解了解紙機同步系統(tǒng)的工作原理，因此我們在編寫程序時應注意以下幾點：
1、速度鏈功能對紙機來說，整條生產線正常運轉時，由于每個點之間的機械傳動比不盡相同，烘缸直徑大小不同，在保證一定的線速度下，就必然導致每個點的電機轉速不一樣，即變頻器輸出的頻率不一樣。也就是說相鄰的兩臺電機轉速存在著一定的比例關系B，我們假設主速度為N，1#—6#變頻器速度為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
從以上關系式我們不難看出，進行同步調速時，無論調整哪個點的比例系數(shù)均不會影響其它分部之間的同步關系，因此遵循以上原則編寫出一個速度鏈的子程序模塊。
使程序變得清晰簡潔。
2、跟隨功能同樣按以上關系式可以看出。當按下任意一個點的“繃緊”按紐時，后面的各點自動的跟隨。前面的點不變。松開“繃緊”按紐時即恢復原有的同步線速度。即“后跟前不跟”此功能主要應用在當某一個環(huán)節(jié)紙松慢慢呈下垂狀態(tài)時，按下此按紐，在現(xiàn)有的同步線速度下加上2-3HZ頻率。
3、爬行功能每個點均有（6-8HZ）。主要是在檢修時用。
4、記憶及消除記憶功能每次調整后自動記憶，下次開機時就無須再調，十分方便。如整個系統(tǒng)調亂了，還可消除記憶，即每個點的速度都在主速度N下運行。
5、急停功能如有異常情況按下紅色蘑菇頭按紐自鎖，這時系統(tǒng)暫停封閉輸出。異常解除后，松開蘑菇頭按紐，系統(tǒng)即按剛才停機前的線速度運行。
6、通訊程序編寫
AC60系列變頻器采用國際標準MODBUS協(xié)議，通訊格式為RTU（遠程終端單元）模式，通訊數(shù)據(jù)格式如下：
字節(jié)的組成：包括起始位、8個數(shù)據(jù)位、校驗位和停止位。
協(xié)議格式解釋：
起始位即幀頭以至少3.5個字節(jié)的傳輸時間停頓間隔作為開始.依次傳輸一幀數(shù)據(jù)直至結束
Bit1從機地址變頻器為從機，變頻器的本機地址即為PLC通訊的從機地址，由變頻器的參數(shù)設定（H-67）
Bit2命令代碼主機發(fā)送的命令代碼，對從機進行相應的操作，如03H讀從機參數(shù)、06H寫從機參數(shù)、08H回路自檢測。
Bit3/Bit4數(shù)據(jù)地址高位/低位即從機數(shù)據(jù)地址
Bit5/Bit6數(shù)據(jù)地址高位/低位即從機數(shù)據(jù)地址里面的內容
Bit5/Bit6CRC校驗低位/高位
采用西門子S7-200PLC編程如下：
1、CRC校驗子程序編寫首先將編程端口PORT0（PORT1）通過對SMB30（SMB130）設置，即偶校驗（E、8、1）和波特率的值的內容。對PLC進行初始化。并編寫CRC校驗子程序。收此時的編程端口無法進行狀態(tài)監(jiān)控。子程序使用了多個局部變量，以方便其它子程序調用。
在西門子STEn編程環(huán)境下（如圖1）
CRC校驗及通訊協(xié)議參數(shù)PRT0端口設定
設置變頻器以下參數(shù)：H-66=0//變頻器設為從站
H-67=1//變頻器通訊地址為1
H-69=3//通訊波特率9.6K
H-68=1//（E、8、1）//通訊數(shù)據(jù)偶校驗
E-01=2//變頻器的運行采用通訊方式
E-02=6//變頻器的給定頻率設定采用通訊方式
2、速度鏈子程序按照我們上面所述的比例關系式來設計子程序。利用浮點運算處理，調節(jié)比例系數(shù)時可達到變頻器的最大分辯率，即0.01HZ。
3、RS發(fā)送格式子程序以每隔30MS發(fā)送一幀數(shù)據(jù)，不斷循環(huán)發(fā)送。經實踐證明效果很好。
4、其它注意單位時間內的升降值（分辯率）的限幅，主機升降速度和從機升降速度一定要分為兩個定時器編寫。
5、見上圖所示，在輸入點采用了組合方式輸入，節(jié)約了大量的輸入點，有效的降低了成本。
七、結束語
采用PLC同變頻器通訊，很容易實現(xiàn)多變頻器之間的同步和比例聯(lián)動運行。該系統(tǒng)具有成本低、信號精度高（可達變頻器最高分辨率）、傳輸距離遠、抗干擾性強等特點。我們以這種方式做了幾十套控制系統(tǒng)，用戶反映非常好。具有接線簡單，控制精度高，成本低等特點，特別適合對多臺變頻器的同步、比例聯(lián)動以及對變頻器頻率精度要求比較高的場合。
一、引言
在造紙行業(yè),一條同步生產線起初最早采用的控制方式是:同步控制器(如CTKT調速器)+滑差電機→同步控制器（如臺達）+變頻器。直到現(xiàn)在絕大部分普遍采用的PLC+D/A模塊+變頻驅動最為普遍。采用D/A擴展模塊控制變頻器的頻率時，相比而言比同步控制器要好，但同樣容易受到模擬量信號的波動和因距離不一致而造成的模擬量信號衰減不一致的影響，使整個系統(tǒng)的工作穩(wěn)定性和可靠性降低。從經濟的角度來分析，當需要控制多臺變頻器時，如果采用D/A擴展模塊，成本將大大增高，我們以六個點的系統(tǒng)來說明，那么至少需要一個4通道的4D/A模塊和一個2通道的2D/A的模塊來組成該系統(tǒng)。僅2個模塊的價格在2500元左右。而使用S7-200系列PLC，不但省掉了D/A模塊，而且還省掉了通訊模塊（三菱FX系列PLC則需要一個485BD通訊模塊，價格在200元），因為S7-200的編程端口PORT0（PORT1）通過設定參數(shù)后就是一個RS-485通訊接口，而且我們還通過對輸入點進行組合的方式可以節(jié)省大量PLC主機的輸入點。仍以一條6點的同步紙機系統(tǒng)為例，僅需一臺S7-200CPU224主機+6臺變頻器，就能達到主速升/降、各點之間的比例調節(jié)、繃緊、爬行等所有紙機的全部功能。和傳統(tǒng)的PLC主機+D/A模塊方式相比至少節(jié)約了3000元左右，同步點數(shù)越多價格相差越大、越經濟。
二、系統(tǒng)配置（以6點同步系統(tǒng)說明）
本紙機同步控制系統(tǒng)采用一臺西門子S7-200-CPU224PLC和6臺變頻器，分別驅動一壓榨、二壓榨、一缸、二缸、三缸、切紙（卷紙）
改造后可達到以下功能：主升/主降、急停、消除比例記憶、各點分別有比例微升/微降、繃緊、爬行。
三、程序設計要點
該系統(tǒng)的重點在于程序的設計編寫。首先我們必須要詳解了解紙機同步系統(tǒng)的工作原理，因此我們在編寫程序時應注意以下幾點：
1、速度鏈功能對紙機來說，整條生產線正常運轉時，由于每個點之間的機械傳動比不盡相同，烘缸直徑大小不同，在保證一定的線速度下，就必然導致每個點的電機轉速不一樣，即變頻器輸出的頻率不一樣。也就是說相鄰的兩臺電機轉速存在著一定的比例關系B，我們假設主速度為N，1#—6#變頻器速度為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
從以上關系式我們不難看出，進行同步調速時，無論調整哪個點的比例系數(shù)均不會影響其它分部之間的同步關系，因此遵循以上原則編寫出一個速度鏈的子程序模塊。
使程序變得清晰簡潔。
2、跟隨功能同樣按以上關系式可以看出。當按下任意一個點的“繃緊”按紐時，后面的各點自動的跟隨。前面的點不變。松開“繃緊”按紐時即恢復原有的同步線速度。即“后跟前不跟”此功能主要應用在當某一個環(huán)節(jié)紙松慢慢呈下垂狀態(tài)時，按下此按紐，在現(xiàn)有的同步線速度下加上2-3HZ頻率。
3、爬行功能每個點均有（6-8HZ）。主要是在檢修時用。
4、記憶及消除記憶功能每次調整后自動記憶，下次開機時就無須再調，十分方便。如整個系統(tǒng)調亂了，還可消除記憶，即每個點的速度都在主速度N下運行。
5、急停功能如有異常情況按下紅色蘑菇頭按紐自鎖，這時系統(tǒng)暫停封閉輸出。異常解除后，松開蘑菇頭按紐，系統(tǒng)即按剛才停機前的線速度運行。
6、通訊程序編寫
AC60系列變頻器采用國際標準MODBUS協(xié)議，通訊格式為RTU（遠程終端單元）模式，通訊數(shù)據(jù)格式如下：
字節(jié)的組成：包括起始位、8個數(shù)據(jù)位、校驗位和停止位。
協(xié)議格式解釋：
起始位即幀頭以至少3.5個字節(jié)的傳輸時間停頓間隔作為開始.依次傳輸一幀數(shù)據(jù)直至結束
Bit1從機地址變頻器為從機，變頻器的本機地址即為PLC通訊的從機地址，由變頻器的參數(shù)設定（H-67）
Bit2命令代碼主機發(fā)送的命令代碼，對從機進行相應的操作，如03H讀從機參數(shù)、06H寫從機參數(shù)、08H回路自檢測。
Bit3/Bit4數(shù)據(jù)地址高位/低位即從機數(shù)據(jù)地址
Bit5/Bit6數(shù)據(jù)地址高位/低位即從機數(shù)據(jù)地址里面的內容
Bit5/Bit6CRC校驗低位/高位
采用西門子S7-200PLC編程如下：
1、CRC校驗子程序編寫首先將編程端口PORT0（PORT1）通過對SMB30（SMB130）設置，即偶校驗（E、8、1）和波特率的值的內容。對PLC進行初始化。并編寫CRC校驗子程序。收此時的編程端口無法進行狀態(tài)監(jiān)控。子程序使用了多個局部變量，以方便其它子程序調用。
在西門子STEn編程環(huán)境下（如圖1）
CRC校驗及通訊協(xié)議參數(shù)PRT0端口設定
設置變頻器以下參數(shù)：H-66=0//變頻器設為從站
H-67=1//變頻器通訊地址為1
H-69=3//通訊波特率9.6K
H-68=1//（E、8、1）//通訊數(shù)據(jù)偶校驗
E-01=2//變頻器的運行采用通訊方式
E-02=6//變頻器的給定頻率設定采用通訊方式
2、速度鏈子程序按照我們上面所述的比例關系式來設計子程序。利用浮點運算處理，調節(jié)比例系數(shù)時可達到變頻器的最大分辯率，即0.01HZ。
3、RS發(fā)送格式子程序以每隔30MS發(fā)送一幀數(shù)據(jù)，不斷循環(huán)發(fā)送。經實踐證明效果很好。
4、其它注意單位時間內的升降值（分辯率）的限幅，主機升降速度和從機升降速度一定要分為兩個定時器編寫。
5、見上圖所示，在輸入點采用了組合方式輸入，節(jié)約了大量的輸入點，有效的降低了成本。
七、結束語
采用PLC同變頻器通訊，很容易實現(xiàn)多變頻器之間的同步和比例聯(lián)動運行。該系統(tǒng)具有成本低、信號精度高（可達變頻器最高分辨率）、傳輸距離遠、抗干擾性強等特點。我們以這種方式做了幾十套控制系統(tǒng)，用戶反映非常好。具有接線簡單，控制精度高，成本低等特點，特別適合對多臺變頻器的同步、比例聯(lián)動以及對變頻器頻率精度要求比較高的場合。
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