一種低成本數(shù)字量信號傳輸方法的應用

王 巍，李雷洪，鄒淑華，劉 錚

（萊蕪鋼鐵集團有限公司，山東 萊蕪271104）

1 前 言

鋼鐵企業(yè)很多場合采用PLC系統(tǒng)通過通訊方式（如PROFIBUS、PROFINET等通訊協(xié)議）控制變頻器拖動電機運行，同時PLC通過通訊網(wǎng)絡讀取變頻器的狀態(tài)字、電流、轉速、轉矩等運行數(shù)據(jù)。通常為了減小諧波干擾，PLC控制柜與變頻傳動柜安裝距離較遠，以往變頻柜中的許多數(shù)字量信號大都通過硬接線方式接入PLC的數(shù)字量輸入模板（如變頻器主電源斷路器已合閘、控制電源斷路器已合閘等），如果西門子SINAMICS變頻器與PLC系統(tǒng)之間采用通訊控制方式，這種直接將數(shù)字量信號接入PLC數(shù)字量輸入模板的信號傳輸方式就并不適用。不但增加信號電纜、PLC數(shù)字量模板、施工及維護成本，而且設備故障點較多可靠性較差。充分利用現(xiàn)有變頻器和PLC系統(tǒng)之間的通訊網(wǎng)絡實現(xiàn)低成本信號傳輸，可以節(jié)約硬件投資、施工及維護成本，同時顯著提高設備運行可靠性，本文主要就此種方法進行介紹。以西門子S7-300PLC、G120變頻器CU240E-2DP控制單元為例作具體說明。

2 硬接線方式特點

1）電纜投資較多，如電源條件等數(shù)字量輸入信號通過硬接線方式接入PLC系統(tǒng)的數(shù)字量輸入模板，線路敷設較長，需要更多的信號電纜。

2）PLC硬件系統(tǒng)投資較多，變頻柜的數(shù)字量信號通過硬接線方式引入PLC系統(tǒng)，PLC系統(tǒng)需要安裝更多的數(shù)字量輸入模塊。

3）施工工作量較大，敷設電纜、線路接線都需要投入較多的人力物力。

4）線路壓接點較多，故障點相應增多，平時維護點檢難度大。

5）硬接線方式變頻柜與PLC之間數(shù)字量信號傳輸系統(tǒng)接線圖如圖1所示。

圖1 硬接線數(shù)字量傳輸方式系統(tǒng)接線圖

3 通訊方式

3.1 采用通訊網(wǎng)絡方式進行傳輸?shù)膬?yōu)點

1）充分利用現(xiàn)場已有設備資源，不額外增加電纜及PLC數(shù)字量輸入模塊投資，施工量減小，使用成本降低。

2）電氣線路附加原件少、簡單可靠、穩(wěn)定性強、電氣故障點少。

3）不但可以實現(xiàn)PLC系統(tǒng)通過與變頻器之間通訊方式采集數(shù)字量輸入信號，在條件具備的情況下還能采集模擬量信號，十分方便。

4）使用世界知名大公司的PLC系統(tǒng)與變頻器產(chǎn)品實現(xiàn)，信號傳輸、處理、轉換穩(wěn)定精度高。

5）技術應用對象較廣，除西門子S7-300、S7-400、S7-1200、S7-1500系列 PLC 產(chǎn)品與西門子S120、G120等系列變頻器可以使用，同樣適用于施耐德、羅克韋爾公司產(chǎn)品。

通訊數(shù)字量傳輸方式系統(tǒng)接線方式不但少用一個6ES7 321 1BL00 0AA0數(shù)字量輸入模塊，而且節(jié)省了數(shù)字量輸入模塊與電氣室控制柜之間的數(shù)字量信號線。

3.2 實施方法

通過通訊方式將數(shù)字量信號接入PLC系統(tǒng)方法實現(xiàn)的前提條件是：1）PLC與變頻器之間建立實現(xiàn)讀寫數(shù)據(jù)的通迅網(wǎng)絡；2）變頻器控制單元必須有足夠的數(shù)字量輸入端口。

3.2.1 變頻器（CU240E-2DP控制單元）參數(shù)設置

1）變頻器具體參數(shù)設置見表1。

表1 G120變頻器CU240E-2DP的參數(shù)設置

2）通過西門子STARTER軟件修改后發(fā)送至PLC的數(shù)據(jù)明細，其中r2089［1］狀態(tài)字中就包含數(shù)字量輸入DI0的位狀態(tài)，并將其狀態(tài)發(fā)送至PLC系統(tǒng)。

3.2.2 S7-300PLC編程

1）組態(tài)S7-300PLC與G120變頻器的通訊網(wǎng)絡，其中PLC與變頻器之間通訊報文選擇西門子報文352讀寫各6個字的長度,輸入地址（I address）為系統(tǒng)默認PIW256-PIW266，輸出地址（O address）為系統(tǒng)默認PQW256-PQW266。

2）以DB1為例，建立S7-300PLC讀取變頻器相應數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)塊DB1，其中的數(shù)據(jù)與變頻器側設置的一一對應，其中DB1.DBW8 PZD5就包含數(shù)字量輸入DI0的位狀態(tài)具體地址DB1.DBX9.0，見表2。

表2 DB1數(shù)據(jù)塊列表

3）調(diào)用西門子系統(tǒng)功能塊SFC14（讀取從站數(shù)據(jù)）和SFC15（寫入從站數(shù)據(jù)）并為程序塊各管腳填寫參數(shù)，編寫好程序下裝至PLC系統(tǒng)，3）調(diào)用西門子系統(tǒng)功能塊SFC14(讀取從站數(shù)據(jù)）和SFC15（寫入從站數(shù)據(jù)）并為程序塊各管腳填寫實參，編寫好程序下裝至PLC系統(tǒng)，STL程序如下：

變頻器線路按要求接好，參數(shù)設置完畢，需要重新為變頻器上電，隨即新的參數(shù)設置生效，即可建立PLC與變頻器之間的數(shù)據(jù)傳輸。這樣變頻柜內(nèi)的數(shù)字量信號就能實現(xiàn)不用硬接線而通過通訊方式發(fā)送至PLC系統(tǒng)。

4 結語

實踐表明，利用PLC與變頻器之間的通迅與變頻器控制單元的數(shù)字量輸入端口進行變頻柜數(shù)字量信號傳輸?shù)姆椒?，相對于硬接線方式變頻柜數(shù)字量信號傳輸?shù)姆绞礁庸?jié)省信號電纜及PLC模板的用量，且控制線路簡單可靠，有效增強設備運行穩(wěn)定性。