基于S7-200 的DCS 与变频器通信方式的研究

2020-05-08余娅荣

设备管理与维修 2020年7期

余娅荣，黄波，张卫

（云南华联锌铟股份有限公司，云南文山 663000）

0 引言

在工业测控系统中，数据通信在整个控制系统中尤为重要，不同厂家的变频器，通信方式也存在一定的差异，为实时监控各种控制设备的运行情况，通过通信协议，采用DCS 远程控制方式，使用系统软件及编写相应控制程序实现自动控制。随着自动化技术的高速发展，ModBus 通信协议已经发展成为一种成熟、简单开放和透明的工业标准[1]。PLC 作为高性能控制设备，被广泛应用于数据采集与控制，通过PLC 程序编写，实现变频器远程就地自动控制、频率和故障检测等，减少人工操作。

1 Delta V 系统

Delta V 系统是采用完全数字化的一套全新系统，作为PlantWeb 工厂管控网机构体系的核心部件，是全球首个数字式自动化系统[2]。该系统具有开放的互操作性、点对点通信、完整信息交换与集成、集中式组态数据库、直观的一体工程软件、先进的报警管理、预测性维护、性能优越的批量控制、嵌入的先进控制、远程访问以及模块化硬件、数字化、智能化等优势。

2 ModBus 通信

ModBus 协议同时支持RTU 模式和ASCII 模式，现已成为工业领域通信协议标准，可通过各种传输方式传播，是工业电子设备之间常用的连接方式，其传输协议定义了控制器可以识别和使用的信息结构，不需要考虑通信网络的拓扑结构[3]。ModBus网络上有且仅有一个主站，并且该主站在ModBus 网络上没有地址，从站地址实际范围为1～247。

3 系统的硬件组成及连接

某些国产变频器寄存器地址不在Delta V 系统标准地址范围内，DCS 无法通过ModBus 通信直接读取变频器地址，不能实时监控变频器中的参数。因此，通过PLC 实现对变频器的自动控制，并将相应的控制结果存入寄存器VW 中，DCS 通过ModBus通信向VW 中写入数据或读取数据，即可实现DCS 实时监控及远程控制。以一台变频器控制一台水泵电机为例，硬件结构如图1 所示。

图1 系统硬件结构图

PLC 和变频器通过ModBus 通信控制时，PLC 既作为变频器的主站，又作为DCS 的从站；PLC 和变频器通过硬接线控制时，PLC 只作为DCS 的从站，此时，PLC 和变频器的接线如图2所示。通过DCS 远程将频率存入VW0 中，并作为PLC 的模拟量输入AI1，输出AO1 接入变频器AI2，同时变频器的频率、电流反馈需作为PLC 的模拟量输入AI2、AI3 存入VW2 中，以便DCS 可以实时监控。变频器通过端子参数设置实现就地/远程时模拟量输入通道是否有效，当变频器打到就地时，变频器模拟量通道AI1 有效，此时通过控制柜定位器进行频率给定。

图2 PLC 和变频器接线图

4 系统软件设计

该系统中软件设计主要包括2 个部分：S7-200 和DeltaV 系统程序设计及编写。

4.1 S7-200 程序设计

根据PLC I/O 分配表，选用PLC224XP 和SM235 作为数字量及模拟量的输入输出模块，通过硬接线或ModBus 通信方式实现变频器的启停联锁、故障监测、频率给定等控制。PLC 程序编写中主要包括ModBus 通信程序、变频器远程启停、故障监测和数据传输程序，PLC 通过调用ModBus 通信程序实现对变频器参数的读写，并存入相应的寄存器中。

需要注意的是PLC 和变频器通过ModBus 通信控制时，由于MBUS_MSG 指令一次只能有一个处于活动状态，因此PLC主站程序通过定时器实现轮询调用通信库中端口1 中MBUS_MSG 指令，通过指令输入参数RW 设置，指定读或写该信息；从站程序调用通信库中端口0 的MBUS_INIT 指令，并进行指令输入参数设置。PLC 和变频器通过硬接线控制时，PLC 只作为DCS 的从站，此时调用从站程序即可。