基于ET200的G150變頻器與PLC的自動(dòng)化控制研究

馬西鋒

摘 要：使用ET200遠(yuǎn)程分站實(shí)現(xiàn)了PLC對(duì)G150變頻器的調(diào)速，詳細(xì)介紹了PLC中控制字的含義和設(shè)置方式，并重點(diǎn)闡述了變頻器參數(shù)的調(diào)試過(guò)程。

關(guān)鍵詞：ET200；調(diào)速；控制字；參數(shù)

隨著工業(yè)控制的快速發(fā)展，基于變頻器的電氣傳動(dòng)越來(lái)越受到人們的重視，而ET200的使用又解決了遠(yuǎn)距離的通信和控制問(wèn)題，如何快速有效地實(shí)現(xiàn)對(duì)變頻器調(diào)速和控制，已經(jīng)具有重大的實(shí)用意義和理論價(jià)值。本文主要探討西門子PLC、ET200以及G150變頻器之間的接線、軟件編程和變頻器參數(shù)設(shè)置等問(wèn)題。PLC采用315-2DP，編程軟件版本為STEP7 V5.4 SP3，遠(yuǎn)程分站為ET-200M。

1 硬件介紹

1.1 ET200

ET200是西門子生產(chǎn)的用于實(shí)現(xiàn)信號(hào)的分站采集和傳遞的自動(dòng)化控制設(shè)備。這種遠(yuǎn)程I/O分站主要采集鉆臺(tái)信號(hào)，再通過(guò)PROFIBUS DP網(wǎng)絡(luò)送給CPU進(jìn)行數(shù)據(jù)和信號(hào)運(yùn)算處理。同時(shí)執(zhí)行處理后的數(shù)據(jù)?；赑ROFIBUS-DP 現(xiàn)場(chǎng)總線的分布式I/O。I/O 傳送信號(hào)到CPU只需ms 級(jí)。只需要很小的空間，能在非常嚴(yán)酷的環(huán)境（例如酷熱、嚴(yán)寒、強(qiáng)壓、潮濕或多粉塵）中使用，其主要應(yīng)用范圍與特點(diǎn)有：

（1）電機(jī)啟動(dòng)器：異步電機(jī)的單向或可逆啟動(dòng)，7.5kW，最大電流40A，一個(gè)站可以帶6 個(gè)電機(jī)啟動(dòng)器。

（2）氣動(dòng)系統(tǒng)：ET 200X 用于閥門控制。

（3）變頻器。

（4）智能傳感器：光電式編碼器或光電開(kāi)關(guān)等與使用ET 200S 進(jìn)行通信。

（5）安全技術(shù)：在冗余設(shè)計(jì)的容錯(cuò)控制系統(tǒng)或安全自動(dòng)化系統(tǒng)中使用。包括緊急斷開(kāi)開(kāi)關(guān)，安全門的監(jiān)控以及眾多與安全有關(guān)的電路。

1.2 G50變頻器

SINAMICS G150 變頻調(diào)速柜是專門為滿足具有恒平方負(fù)載特性、性能要求適中而且沒(méi)有再生反饋的傳動(dòng)系統(tǒng)的要求而設(shè)計(jì)的。其應(yīng)用領(lǐng)域包括：石油、冶金、煤礦等行業(yè)。而在石油行業(yè)，它被廣泛應(yīng)用于轉(zhuǎn)盤、泥漿泵電機(jī)的調(diào)速控制。

這種無(wú)傳感器矢量控制的精度保證系統(tǒng)可以用于各種各樣的應(yīng)用場(chǎng)合，因此無(wú)需使用附加速度傳感器。SINAMICS G150 考慮到了這一點(diǎn)，從而提供了一種滿足實(shí)際要求的低成本傳動(dòng)系統(tǒng)方案。而且，為保證從規(guī)劃與設(shè)計(jì)直到運(yùn)行階段都能簡(jiǎn)便地掌握傳動(dòng)系統(tǒng)，充分考慮到了下列因素，包括：

· 便于維護(hù)的緊湊型模塊式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

· 簡(jiǎn)單易懂的規(guī)劃與設(shè)計(jì)

· 隨時(shí)可以連接以簡(jiǎn)化安裝過(guò)程

· 采用菜單驅(qū)動(dòng)的快速調(diào)試，無(wú)需進(jìn)行復(fù)雜的參數(shù)設(shè)置

· 通過(guò)用戶友好圖形操作面板，采用明文顯示或準(zhǔn)模擬狀態(tài)條顯示的測(cè)量值，實(shí)現(xiàn)清楚簡(jiǎn)便的操作。

1.3 PLC

PLC即可編程控制器（Programmable logic Controller） PLC是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲(chǔ)器，用來(lái)在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并能通過(guò)數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程。PLC及其有關(guān)的外圍設(shè)備都應(yīng)該按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體，易于擴(kuò)展其功能的原則而設(shè)計(jì)。

PLC 控制系統(tǒng)對(duì)于鉆機(jī)來(lái)說(shuō)；就是鉆機(jī)模塊的大腦和神經(jīng)。廣義上的PLC系統(tǒng)就是指鉆機(jī)模塊的控制系統(tǒng)。操作人員通過(guò)PLC系統(tǒng)來(lái)實(shí)時(shí)地控制和檢測(cè)鉆機(jī)模塊的動(dòng)作和狀態(tài)。

PLC控制系統(tǒng)在鉆機(jī)應(yīng)用的優(yōu)點(diǎn) ：

·控制精度高，動(dòng)作相應(yīng)快

·整個(gè)電控系統(tǒng)的連鎖、保護(hù)性能強(qiáng)

·高安全性能，事故、故障的預(yù)報(bào)警

·鉆修數(shù)據(jù)的可視、查詢、存儲(chǔ)性能

2 設(shè)備連接

為了實(shí)現(xiàn)PLC通過(guò)ET200對(duì)G150變頻器的調(diào)速，使用Profibus-DP線將它們連接在一起，從而實(shí)現(xiàn)了三者之間的數(shù)據(jù)交換。DP頭各自插在每個(gè)設(shè)備的9針通信接口上，其中插在PLC與變頻器接口上的DP頭需連終端電阻，即終端開(kāi)關(guān)要撥到on的位置，而連接在ET200上的DP頭開(kāi)關(guān)位置撥到off即可。設(shè)備硬件連接圖如下圖1所示。

3 PLC硬件組態(tài)與編程

3.1 PLC硬件組態(tài)

1.在STEP7編程軟件中新建一項(xiàng)目，命名為變頻器調(diào)試。插入一個(gè)300站點(diǎn)并開(kāi)始硬件組態(tài)。在硬件組態(tài)對(duì)話框中插入一個(gè)機(jī)架，在機(jī)架中按照實(shí)際硬件位置組態(tài)各個(gè)插槽。模塊組態(tài)完畢就可以組態(tài)DP從站了。在網(wǎng)絡(luò)中，ET200與變頻器作為PLC的從站都有自身的從站地址。在剛組態(tài)好的機(jī)架中雙擊DP一欄，在出現(xiàn)的對(duì)話框中點(diǎn)擊屬性，之后在屬性對(duì)話框中設(shè)置PLC的站地址，在這里設(shè)為2即可，點(diǎn)擊新建按鈕建立DP網(wǎng)絡(luò)，之后把ET200添加到該網(wǎng)絡(luò)中。

2.單擊新建的DP線，在右邊窗口中選擇PROFIBUS-DP，打開(kāi)并添加與實(shí)際訂貨號(hào)一致的ET200M模塊，在出現(xiàn)的對(duì)話框中設(shè)置它的站地址，例如站地址為3，注意不要和網(wǎng)絡(luò)中其它設(shè)備的站地址相沖突，并且要與實(shí)際硬件中的地址撥碼開(kāi)關(guān)相一致。否則以實(shí)際硬件為準(zhǔn)。

3.單擊剛才添加的ET200M模塊，在下方出現(xiàn)的機(jī)架欄中組態(tài)與實(shí)際元件一致的各個(gè)SM模塊。

4.添加G150變頻器。按照添加ET200M的方法在右邊樹形窗口中添加G150變頻器，并設(shè)置站地址為4，注意這要與變頻器中實(shí)際地址撥碼開(kāi)關(guān)相一致。

完成上述4個(gè)步驟之后，PLC的硬件組態(tài)就完成了，接下來(lái)就要進(jìn)行軟件編程。

3.2 PLC軟件編程

在變頻器的調(diào)速程序中，數(shù)據(jù)的發(fā)送與接收是靠SFC14和SFC15兩個(gè)系統(tǒng)功能來(lái)完成的。其各個(gè)程序結(jié)構(gòu)及含義注釋如下。

系統(tǒng)功能SFC15：寫DP從站數(shù)據(jù)，即從PLC寫數(shù)據(jù)到變頻器。

LADDR：變頻器中存放來(lái)自外部數(shù)據(jù)的地址，數(shù)據(jù)類型為16進(jìn)制。

PECORD：PLC內(nèi)的地址，P#為地址指針，即把PLC中從DB1.DBX0.0開(kāi)始的4個(gè)字節(jié)的內(nèi)容寫入到變頻器中。

RET-VAL：故障反饋值，顯示不同的故障代碼。

系統(tǒng)功能SFC14：讀DP從站數(shù)據(jù)，即從變頻器中讀出數(shù)據(jù)到PLC中。

LADDR：變頻器中存放待發(fā)出數(shù)據(jù)的地址，數(shù)據(jù)類型為16進(jìn)制。

PECORD：PLC內(nèi)的地址，P#為地址指針，即把變頻器中讀進(jìn)來(lái)的數(shù)據(jù)存放在PLC內(nèi)以DB1.DBX4.0開(kāi)始的4個(gè)字節(jié)的存儲(chǔ)空間中。

RET-VAL：故障反饋值，顯示不同的故障代碼。

該條語(yǔ)句的含義是當(dāng)按下外部啟停按鈕時(shí)，電機(jī)執(zhí)行正轉(zhuǎn)。在變頻器的16位控制字中，每一位都代表不同的含義。例如第0位定義為電機(jī)啟?？刂莆弧Ｊ乖撐恢?或置0即可控制電機(jī)啟動(dòng)和停止。由于變頻器中控制字的高低字節(jié)與PLC編程中的高低字節(jié)相反，即變頻器中控制字的最低位對(duì)應(yīng)PLC中的最高位，所以在PLC編程中應(yīng)使第8位即DB1.DBX1.0置1。

該條語(yǔ)句的含義是給定電機(jī)速度，由于寫入到變頻器中的內(nèi)容是從DB1.DBX0.0開(kāi)始的4個(gè)字節(jié)， 前2個(gè)字節(jié)用于存放控制字，后字節(jié)2個(gè)用于存放速度值。PIW為ET-200M中模擬量輸入地址。

4 變頻器參數(shù)輸入

變頻器上電后，可以進(jìn)行參數(shù)的輸入。在變頻器操作面板AOP30上按MUNE按鍵找到參數(shù)設(shè)置，之后找到全部DO界面，輸入必要的參數(shù)。在輸入各種參數(shù)過(guò)程中，除了輸入電機(jī)銘牌上的幾個(gè)電機(jī)參數(shù)之外，以下幾個(gè)參數(shù)尤為重要：

P700 電機(jī)控制來(lái)源，是選擇DP控制還是外部端子控制等。

P918 DP從站地址，范圍為1-126，這要與實(shí)際硬件地址設(shè)置一致。

P1000 速度給定，使其為1，即Profidrive方式給定。

P1300 運(yùn)行方式，使其為1，即選擇v/f線性+FCC。

以上步驟完成之后，按下啟動(dòng)按鈕，電機(jī)即可運(yùn)行，通過(guò)調(diào)速手輪即可調(diào)節(jié)電機(jī)速度。同理也可對(duì)電機(jī)的急停、復(fù)位、狀態(tài)進(jìn)行設(shè)置。設(shè)置狀態(tài)時(shí)要用到控制字和狀態(tài)字中的狀態(tài)位，這些反映的是當(dāng)前變頻器的運(yùn)行與故障和停機(jī)狀態(tài)。

5 結(jié)論

通過(guò)對(duì)設(shè)備硬件的連接、PLC硬件的組態(tài)與編程，以及對(duì)變頻器控制字的介紹和參數(shù)含義的解釋，不但從實(shí)際操作的層面講解了變頻器以及ET200與PLC的使用過(guò)程，而且實(shí)現(xiàn)了PLC通過(guò)發(fā)送給ET200指令進(jìn)而控制G150變頻器的自動(dòng)化過(guò)程控制，對(duì)于剛接觸或不太熟悉PLC及變頻器的人員，本文具有很好的參考和指導(dǎo)意義。