变频器的P L C控制方式研究

2013-12-21刘琳霞潘云忠

科技视界 2013年34期

关键词：主站模拟量变频器

刘琳霞潘云忠

（健雄职业技术学院，江苏太仓215411）

变频器的P L C控制方式研究

刘琳霞潘云忠

（健雄职业技术学院，江苏太仓215411）

本文讨论了变频器被PLC控制、不同控制方式功能和应用特点，并以西门子S7-200系列小型PLC和MM440变频器为例，介绍PLC对变频器频率控制中，变频器参数设置及硬件要求和编程。

变频器；通信；PLC；USS协议

0 引言

变频器具有体积小、控制灵活、抗干扰能力强、可靠性高等优点。被广泛应用在各行业生产中，成为交流电动机调速的主要设备。现代工业生产通过变频器与PLC结合使用，实现生产设备的自动化控制，达到节能和调速的控制要求。

以下以西门子S7-200系列PLC控制MM440变频器为例，介绍PLC对变频器的控制控制方法。

1 使用PLC数字量输出信号，控制变频器实现多级调节

使用PLC数字量输出信号，控制变频器输入端子。通过编程，使PLC输出口实现不同的逻辑组合，控制变频器选择对应的预置速度。再通过对变频器启动、停止端子和方向端子的通断状态控制，即可以实现电动机的启停控制和输出频率的改变。此方法，主要应用于控制电动机按预先设定的几个固定频率运转的场合。

MM440变频器开关量输入端子 DIN1-DIN6，可以通过参数P0701～P0706的值设置成不同功能（共19种）。当参数设置成15～17时，端口作为变频器的频率选择。

图1 PLC数字量输出信号控制变频器

变频器设置步骤：

1）设置变频器参数P1000=3，变频器的频率设置为开关量控制。此时，MM440变频器的频率由数字输入端口（DIN1-NIN6），进行选择。

2）设置频率选择接口的功能。修改P0701～P0706可对应设置DIN1-DIN6的功能。当设置成15-17时，可实现三种频率的选择方式：

（1）直接选择（P0701-P0706=15）

在这种操作方式下，选通一个数字输入即对应选择一个固定频率（对应频率在参数P1001～P1006中设定）。当多个输入同时激活时，选定的频率是他们的总和。

（2）直接选择+on命令（P0701-P006=16）

在这种操作方式下，数字量输入既选定固定频率，又具有启动功能。

（3）二进制编码选择+ON命令（P0701-0706=17）

选用DIN1～DIN6中的端口可通过编码的方式设置16种频率。下表为DIN1～DIN4组合成的二进制编码，不同值对应的频率设定。

表1 频率设定对应的编码

2 使用模拟量输出信号，提供变频器的频率给定信号，实现无极控制

通过给变频器模拟量输入通道不同的电压或电流信号，可以设置变频器的工作频率。再结合数字量输入口控制，即可实现正/反转、起、停控制及变频控制。此种方法，能够实现近似无极调速。但要求控制变频器的PLC提供模拟量输出信号，可以通过扩展模拟量输出模块，或选用带模拟量输出功能的PLC模块，如CPU224XP，实现对变频器频率的控制。

MM440变频器有两路模拟量输入通道，相关参数以in000和in001区分，可以通过P0756分别设置每个通道属性，例如：当P0756设置成“=2”时，变频器的模拟量输入信号设置为“单极性电流输入（0至20mA）”。

3 使用串行通信方式，实现变频器的频率控制和参数读写

使用通信方式控制变频器，具有接线简单，稳定性好，控制灵活等优点。不但可以实现变频器频率的设定，也可以读、写变频器的参数，从而连续实现变频器的远程控制和监视。

S7-200与西门子的变频器之间可采用USS协议进行通信。USS协议（Universal Serial Interface Protocol通用串行接口协议）是SIEMENS公司所有传动产品的通用通讯协议，它是一种基于串行总线进行数据通讯的协议。USS按照串行总线的主从通讯原理来确定访问的方法。总线上最多可以连接1个主站（PLC）和最多31个从站（变频器）。每个变频器，编址成不同站号。主站设置通信包中的地址字符来选择要传输的数据的从站。在主站没有要求从站进行通讯时，从站本身不能首先发送数据，各个从站之间也不能直接进行信息传输。

硬件上：协议采用RS485标准，具有很高的抗噪声能力。允许工作在超长距离的场合（可达1000米）。通信最大波特率57600bit/s。USS主站在条件允许下，尽量选用直流型的CPU（针对S7-200系列），通讯电缆可采用双绞线或采用屏蔽双绞线（抗干扰性能更好）。

图2 PLC与变频器构成的USS协议网络结构图

编程：西门子公司提供USS协议的指令库。指令库提供14个子程序、3个中断程序和8条指令以支持USS协议。指令库安装后，用户可在STEP 7 MicroWIN软件中直接使用库中的指令。使用指令时，其自带的子程序或中断程序自动加载到项目中。常用的指令如：USS_INT，初始化指令，用于允许或禁止PLC与变频器的通信，以及改变通信参数；USS_CTRL，控制指令，用于控制处于激活状态的变频器起停、方向、转速及故障复位；USS_RPM_x/USS_WPM_x，读/写变频器参数指令，用于从变频器读取或向变频器写入指定参数的参数值，并返回指令执行的相关信息。

如不采用指令库中的指令，则需依据USS协议的格式自行编写通信程序，包括通信参数设计、校验、参数读写等。USS协议的报文结构如下：

图3 USS协议的通信报文结构

STX(=02hex)为开始字符。LGE为后面字节的长度（总的报文长度为LGE+2）。ADR为一字节的地址字节，用以指定变频器地址（0～31），则信息被指定的从站接受。另也可设置新校被所有的从站接受。ATA1～DATAN为有效数据区，分为PKW和PZD。PKW说明需要进行的操作（如读、写参数）及操作需要的数据；PZD区域用以控制和监控变频器，其处理的优先级要高于PKW，保证主站及时监控到最新数据（详细信息可查阅西门子公司提供的产品手册）。报文以数据块的检验符（BBC）结束。校验符（BBC）1字节，采用异或和校验。

另外，对于通信速度要求较高的应用场合可采用PROFIBUS-DP通信方式。通信速度可达12Mbaud，一个DP系统最多可以连接125个从站。并允许多主站操作。此时S7-200需扩展通信模块。变频器需要安装PROFIBUS模板。