偉創(chuàng)AC60變頻器與西門子S7-200通訊在同步紙機(jī)上的應(yīng)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(xì)分析了通訊控制調(diào)速系統(tǒng)與一般模擬量控制調(diào)速系統(tǒng)相比的優(yōu)越性。并給出了應(yīng)用實(shí)例及其PLC程序設(shè)計(jì)的思路。
一、引言
在造紙行業(yè),一條同步生產(chǎn)線起初最早采用的控制方式是:同步控制器(如CTKT調(diào)速器)+滑差電機(jī)→同步控制器（如臺(tái)達(dá)）+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(qū)動(dòng)最為普遍。采用D/A擴(kuò)展模塊控制變頻器的頻率時(shí)，相比而言比同步控制器要好，但同樣容易受到模擬量信號(hào)的波動(dòng)和因距離不一致而造成的模擬量信號(hào)衰減不一致的影響，使整個(gè)系統(tǒng)的工作穩(wěn)定性和可靠性降低。從經(jīng)濟(jì)的角度來(lái)分析，當(dāng)需要控制多臺(tái)變頻器時(shí)，如果采用D/A擴(kuò)展模塊，成本將大大增高，我們以六個(gè)點(diǎn)的系統(tǒng)來(lái)說(shuō)明，那么至少需要一個(gè)4通道的4D/A模塊和一個(gè)2通道的2D/A的模塊來(lái)組成該系統(tǒng)。僅2個(gè)模塊的價(jià)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(gè)485BD通訊模塊，價(jià)格在200元），因?yàn)镾7-200的編程端口PORT0（PORT1）通過設(shè)定參數(shù)后就是一個(gè)RS-485通訊接口，而且我們還通過對(duì)輸入點(diǎn)進(jìn)行組合的方式可以節(jié)省大量PLC主機(jī)的輸入點(diǎn)。仍以一條6點(diǎn)的同步紙機(jī)系統(tǒng)為例，僅需一臺(tái)S7-200CPU224主機(jī)+6臺(tái)變頻器，就能達(dá)到主速升/降、各點(diǎn)之間的比例調(diào)節(jié)、繃緊、爬行等所有紙機(jī)的全部功能。和傳統(tǒng)的PLC主機(jī)+D/A模塊方式相比至少節(jié)約了3000元左右，同步點(diǎn)數(shù)越多價(jià)格相差越大、越經(jīng)濟(jì)。
二、系統(tǒng)配置（以6點(diǎn)同步系統(tǒng)說(shuō)明）
本紙機(jī)同步控制系統(tǒng)采用一臺(tái)西門子S7-200-CPU224PLC和6臺(tái)變頻器，分別驅(qū)動(dòng)一壓榨、二壓榨、一缸、二缸、三缸、切紙（卷紙）
改造后可達(dá)到以下功能：主升/主降、急停、消除比例記憶、各點(diǎn)分別有比例微升/微降、繃緊、爬行。
三、程序設(shè)計(jì)要點(diǎn)
該系統(tǒng)的重點(diǎn)在于程序的設(shè)計(jì)編寫。首先我們必須要詳解了解紙機(jī)同步系統(tǒng)的工作原理，因此我們?cè)诰帉懗绦驎r(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：
1、速度鏈功能對(duì)紙機(jī)來(lái)說(shuō)，整條生產(chǎn)線正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，由于每個(gè)點(diǎn)之間的機(jī)械傳動(dòng)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(dǎo)致每個(gè)點(diǎn)的電機(jī)轉(zhuǎn)速不一樣，即變頻器輸出的頻率不一樣。也就是說(shuō)相鄰的兩臺(tái)電機(jī)轉(zhuǎn)速存在著一定的比例關(guān)系B，我們假設(shè)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(guān)系式我們不難看出，進(jìn)行同步調(diào)速時(shí)，無(wú)論調(diào)整哪個(gè)點(diǎn)的比例系數(shù)均不會(huì)影響其它分部之間的同步關(guān)系，因此遵循以上原則編寫出一個(gè)速度鏈的子程序模塊。
使程序變得清晰簡(jiǎn)潔。
2、跟隨功能同樣按以上關(guān)系式可以看出。當(dāng)按下任意一個(gè)點(diǎn)的“繃緊”按紐時(shí)，后面的各點(diǎn)自動(dòng)的跟隨。前面的點(diǎn)不變。松開“繃緊”按紐時(shí)即恢復(fù)原有的同步線速度。即“后跟前不跟”此功能主要應(yīng)用在當(dāng)某一個(gè)環(huán)節(jié)紙松慢慢呈下垂?fàn)顟B(tài)時(shí)，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(gè)點(diǎn)均有（6-8HZ）。主要是在檢修時(shí)用。
4、記憶及消除記憶功能每次調(diào)整后自動(dòng)記憶，下次開機(jī)時(shí)就無(wú)須再調(diào)，十分方便。如整個(gè)系統(tǒng)調(diào)亂了，還可消除記憶，即每個(gè)點(diǎn)的速度都在主速度N下運(yùn)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(shí)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(jī)前的線速度運(yùn)行。
6、通訊程序編寫
AC60系列變頻器采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)MODBUS協(xié)議，通訊格式為RTU（遠(yuǎn)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(gè)數(shù)據(jù)位、校驗(yàn)位和停止位。
協(xié)議格式解釋：
起始位即幀頭以至少3.5個(gè)字節(jié)的傳輸時(shí)間停頓間隔作為開始.依次傳輸一幀數(shù)據(jù)直至結(jié)束
Bit1從機(jī)地址變頻器為從機(jī)，變頻器的本機(jī)地址即為PLC通訊的從機(jī)地址，由變頻器的參數(shù)設(shè)定（H-67）
Bit2命令代碼主機(jī)發(fā)送的命令代碼，對(duì)從機(jī)進(jìn)行相應(yīng)的操作，如03H讀從機(jī)參數(shù)、06H寫從機(jī)參數(shù)、08H回路自檢測(cè)。
Bit3/Bit4數(shù)據(jù)地址高位/低位即從機(jī)數(shù)據(jù)地址
Bit5/Bit6數(shù)據(jù)地址高位/低位即從機(jī)數(shù)據(jù)地址里面的內(nèi)容
Bit5/Bit6CRC校驗(yàn)低位/高位
采用西門子S7-200PLC編程如下：
1、CRC校驗(yàn)子程序編寫首先將編程端口PORT0（PORT1）通過對(duì)SMB30（SMB130）設(shè)置，即偶校驗(yàn)（E、8、1）和波特率的值的內(nèi)容。對(duì)PLC進(jìn)行初始化。并編寫CRC校驗(yàn)子程序。收此時(shí)的編程端口無(wú)法進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)控。子程序使用了多個(gè)局部變量，以方便其它子程序調(diào)用。
在西門子STEn編程環(huán)境下（如圖1）
CRC校驗(yàn)及通訊協(xié)議參數(shù)PRT0端口設(shè)定
設(shè)置變頻器以下參數(shù)：H-66=0//變頻器設(shè)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(yàn)
E-01=2//變頻器的運(yùn)行采用通訊方式
E-02=6//變頻器的給定頻率設(shè)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(guān)系式來(lái)設(shè)計(jì)子程序。利用浮點(diǎn)運(yùn)算處理，調(diào)節(jié)比例系數(shù)時(shí)可達(dá)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(jīng)實(shí)踐證明效果很好。
4、其它注意單位時(shí)間內(nèi)的升降值（分辯率）的限幅，主機(jī)升降速度和從機(jī)升降速度一定要分為兩個(gè)定時(shí)器編寫。
5、見上圖所示，在輸入點(diǎn)采用了組合方式輸入，節(jié)約了大量的輸入點(diǎn)，有效的降低了成本。
七、結(jié)束語(yǔ)
采用PLC同變頻器通訊，很容易實(shí)現(xiàn)多變頻器之間的同步和比例聯(lián)動(dòng)運(yùn)行。該系統(tǒng)具有成本低、信號(hào)精度高（可達(dá)變頻器最高分辨率）、傳輸距離遠(yuǎn)、抗干擾性強(qiáng)等特點(diǎn)。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(jiǎn)單，控制精度高，成本低等特點(diǎn)，特別適合對(duì)多臺(tái)變頻器的同步、比例聯(lián)動(dòng)以及對(duì)變頻器頻率精度要求比較高的場(chǎng)合。
一、引言
在造紙行業(yè),一條同步生產(chǎn)線起初最早采用的控制方式是:同步控制器(如CTKT調(diào)速器)+滑差電機(jī)→同步控制器（如臺(tái)達(dá)）+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(qū)動(dòng)最為普遍。采用D/A擴(kuò)展模塊控制變頻器的頻率時(shí)，相比而言比同步控制器要好，但同樣容易受到模擬量信號(hào)的波動(dòng)和因距離不一致而造成的模擬量信號(hào)衰減不一致的影響，使整個(gè)系統(tǒng)的工作穩(wěn)定性和可靠性降低。從經(jīng)濟(jì)的角度來(lái)分析，當(dāng)需要控制多臺(tái)變頻器時(shí)，如果采用D/A擴(kuò)展模塊，成本將大大增高，我們以六個(gè)點(diǎn)的系統(tǒng)來(lái)說(shuō)明，那么至少需要一個(gè)4通道的4D/A模塊和一個(gè)2通道的2D/A的模塊來(lái)組成該系統(tǒng)。僅2個(gè)模塊的價(jià)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(gè)485BD通訊模塊，價(jià)格在200元），因?yàn)镾7-200的編程端口PORT0（PORT1）通過設(shè)定參數(shù)后就是一個(gè)RS-485通訊接口，而且我們還通過對(duì)輸入點(diǎn)進(jìn)行組合的方式可以節(jié)省大量PLC主機(jī)的輸入點(diǎn)。仍以一條6點(diǎn)的同步紙機(jī)系統(tǒng)為例，僅需一臺(tái)S7-200CPU224主機(jī)+6臺(tái)變頻器，就能達(dá)到主速升/降、各點(diǎn)之間的比例調(diào)節(jié)、繃緊、爬行等所有紙機(jī)的全部功能。和傳統(tǒng)的PLC主機(jī)+D/A模塊方式相比至少節(jié)約了3000元左右，同步點(diǎn)數(shù)越多價(jià)格相差越大、越經(jīng)濟(jì)。
二、系統(tǒng)配置（以6點(diǎn)同步系統(tǒng)說(shuō)明）
本紙機(jī)同步控制系統(tǒng)采用一臺(tái)西門子S7-200-CPU224PLC和6臺(tái)變頻器，分別驅(qū)動(dòng)一壓榨、二壓榨、一缸、二缸、三缸、切紙（卷紙）
改造后可達(dá)到以下功能：主升/主降、急停、消除比例記憶、各點(diǎn)分別有比例微升/微降、繃緊、爬行。
三、程序設(shè)計(jì)要點(diǎn)
該系統(tǒng)的重點(diǎn)在于程序的設(shè)計(jì)編寫。首先我們必須要詳解了解紙機(jī)同步系統(tǒng)的工作原理，因此我們?cè)诰帉懗绦驎r(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：
1、速度鏈功能對(duì)紙機(jī)來(lái)說(shuō)，整條生產(chǎn)線正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，由于每個(gè)點(diǎn)之間的機(jī)械傳動(dòng)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(dǎo)致每個(gè)點(diǎn)的電機(jī)轉(zhuǎn)速不一樣，即變頻器輸出的頻率不一樣。也就是說(shuō)相鄰的兩臺(tái)電機(jī)轉(zhuǎn)速存在著一定的比例關(guān)系B，我們假設(shè)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(guān)系式我們不難看出，進(jìn)行同步調(diào)速時(shí)，無(wú)論調(diào)整哪個(gè)點(diǎn)的比例系數(shù)均不會(huì)影響其它分部之間的同步關(guān)系，因此遵循以上原則編寫出一個(gè)速度鏈的子程序模塊。
使程序變得清晰簡(jiǎn)潔。
2、跟隨功能同樣按以上關(guān)系式可以看出。當(dāng)按下任意一個(gè)點(diǎn)的“繃緊”按紐時(shí)，后面的各點(diǎn)自動(dòng)的跟隨。前面的點(diǎn)不變。松開“繃緊”按紐時(shí)即恢復(fù)原有的同步線速度。即“后跟前不跟”此功能主要應(yīng)用在當(dāng)某一個(gè)環(huán)節(jié)紙松慢慢呈下垂?fàn)顟B(tài)時(shí)，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(gè)點(diǎn)均有（6-8HZ）。主要是在檢修時(shí)用。
4、記憶及消除記憶功能每次調(diào)整后自動(dòng)記憶，下次開機(jī)時(shí)就無(wú)須再調(diào)，十分方便。如整個(gè)系統(tǒng)調(diào)亂了，還可消除記憶，即每個(gè)點(diǎn)的速度都在主速度N下運(yùn)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(shí)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(jī)前的線速度運(yùn)行。
6、通訊程序編寫
AC60系列變頻器采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)MODBUS協(xié)議，通訊格式為RTU（遠(yuǎn)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(gè)數(shù)據(jù)位、校驗(yàn)位和停止位。
協(xié)議格式解釋：
起始位即幀頭以至少3.5個(gè)字節(jié)的傳輸時(shí)間停頓間隔作為開始.依次傳輸一幀數(shù)據(jù)直至結(jié)束
Bit1從機(jī)地址變頻器為從機(jī)，變頻器的本機(jī)地址即為PLC通訊的從機(jī)地址，由變頻器的參數(shù)設(shè)定（H-67）
Bit2命令代碼主機(jī)發(fā)送的命令代碼，對(duì)從機(jī)進(jìn)行相應(yīng)的操作，如03H讀從機(jī)參數(shù)、06H寫從機(jī)參數(shù)、08H回路自檢測(cè)。
Bit3/Bit4數(shù)據(jù)地址高位/低位即從機(jī)數(shù)據(jù)地址
Bit5/Bit6數(shù)據(jù)地址高位/低位即從機(jī)數(shù)據(jù)地址里面的內(nèi)容
Bit5/Bit6CRC校驗(yàn)低位/高位
采用西門子S7-200PLC編程如下：
1、CRC校驗(yàn)子程序編寫首先將編程端口PORT0（PORT1）通過對(duì)SMB30（SMB130）設(shè)置，即偶校驗(yàn)（E、8、1）和波特率的值的內(nèi)容。對(duì)PLC進(jìn)行初始化。并編寫CRC校驗(yàn)子程序。收此時(shí)的編程端口無(wú)法進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)控。子程序使用了多個(gè)局部變量，以方便其它子程序調(diào)用。
在西門子STEn編程環(huán)境下（如圖1）
CRC校驗(yàn)及通訊協(xié)議參數(shù)PRT0端口設(shè)定
設(shè)置變頻器以下參數(shù)：H-66=0//變頻器設(shè)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(yàn)
E-01=2//變頻器的運(yùn)行采用通訊方式
E-02=6//變頻器的給定頻率設(shè)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(guān)系式來(lái)設(shè)計(jì)子程序。利用浮點(diǎn)運(yùn)算處理，調(diào)節(jié)比例系數(shù)時(shí)可達(dá)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(jīng)實(shí)踐證明效果很好。
4、其它注意單位時(shí)間內(nèi)的升降值（分辯率）的限幅，主機(jī)升降速度和從機(jī)升降速度一定要分為兩個(gè)定時(shí)器編寫。
5、見上圖所示，在輸入點(diǎn)采用了組合方式輸入，節(jié)約了大量的輸入點(diǎn)，有效的降低了成本。
七、結(jié)束語(yǔ)
采用PLC同變頻器通訊，很容易實(shí)現(xiàn)多變頻器之間的同步和比例聯(lián)動(dòng)運(yùn)行。該系統(tǒng)具有成本低、信號(hào)精度高（可達(dá)變頻器最高分辨率）、傳輸距離遠(yuǎn)、抗干擾性強(qiáng)等特點(diǎn)。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(jiǎn)單，控制精度高，成本低等特點(diǎn)，特別適合對(duì)多臺(tái)變頻器的同步、比例聯(lián)動(dòng)以及對(duì)變頻器頻率精度要求比較高的場(chǎng)合。
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