基于S7-200 的DCS 與變頻器通信方式的研究

余婭榮，黃 波，張 衛(wèi)

（云南華聯(lián)鋅銦股份有限公司，云南文山 663000）

0 引言

在工業(yè)測(cè)控系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)通信在整個(gè)控制系統(tǒng)中尤為重要，不同廠家的變頻器，通信方式也存在一定的差異，為實(shí)時(shí)監(jiān)控各種控制設(shè)備的運(yùn)行情況，通過(guò)通信協(xié)議，采用DCS 遠(yuǎn)程控制方式，使用系統(tǒng)軟件及編寫相應(yīng)控制程序?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)控制。隨著自動(dòng)化技術(shù)的高速發(fā)展，ModBus 通信協(xié)議已經(jīng)發(fā)展成為一種成熟、簡(jiǎn)單開放和透明的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)[1]。PLC 作為高性能控制設(shè)備，被廣泛應(yīng)用于數(shù)據(jù)采集與控制，通過(guò)PLC 程序編寫，實(shí)現(xiàn)變頻器遠(yuǎn)程就地自動(dòng)控制、頻率和故障檢測(cè)等，減少人工操作。

1 Delta V 系統(tǒng)

Delta V 系統(tǒng)是采用完全數(shù)字化的一套全新系統(tǒng)，作為PlantWeb 工廠管控網(wǎng)機(jī)構(gòu)體系的核心部件，是全球首個(gè)數(shù)字式自動(dòng)化系統(tǒng)[2]。該系統(tǒng)具有開放的互操作性、點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信、完整信息交換與集成、集中式組態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)、直觀的一體工程軟件、先進(jìn)的報(bào)警管理、預(yù)測(cè)性維護(hù)、性能優(yōu)越的批量控制、嵌入的先進(jìn)控制、遠(yuǎn)程訪問(wèn)以及模塊化硬件、數(shù)字化、智能化等優(yōu)勢(shì)。

2 ModBus 通信

ModBus 協(xié)議同時(shí)支持RTU 模式和ASCII 模式，現(xiàn)已成為工業(yè)領(lǐng)域通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，可通過(guò)各種傳輸方式傳播，是工業(yè)電子設(shè)備之間常用的連接方式，其傳輸協(xié)議定義了控制器可以識(shí)別和使用的信息結(jié)構(gòu)，不需要考慮通信網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)[3]。ModBus網(wǎng)絡(luò)上有且僅有一個(gè)主站，并且該主站在ModBus 網(wǎng)絡(luò)上沒(méi)有地址，從站地址實(shí)際范圍為1～247。

3 系統(tǒng)的硬件組成及連接

某些國(guó)產(chǎn)變頻器寄存器地址不在Delta V 系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)地址范圍內(nèi)，DCS 無(wú)法通過(guò)ModBus 通信直接讀取變頻器地址，不能實(shí)時(shí)監(jiān)控變頻器中的參數(shù)。因此，通過(guò)PLC 實(shí)現(xiàn)對(duì)變頻器的自動(dòng)控制，并將相應(yīng)的控制結(jié)果存入寄存器VW 中，DCS 通過(guò)ModBus通信向VW 中寫入數(shù)據(jù)或讀取數(shù)據(jù)，即可實(shí)現(xiàn)DCS 實(shí)時(shí)監(jiān)控及遠(yuǎn)程控制。以一臺(tái)變頻器控制一臺(tái)水泵電機(jī)為例，硬件結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

圖1 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖

PLC 和變頻器通過(guò)ModBus 通信控制時(shí)，PLC 既作為變頻器的主站，又作為DCS 的從站；PLC 和變頻器通過(guò)硬接線控制時(shí)，PLC 只作為DCS 的從站，此時(shí)，PLC 和變頻器的接線如圖2所示。通過(guò)DCS 遠(yuǎn)程將頻率存入VW0 中，并作為PLC 的模擬量輸入AI1，輸出AO1 接入變頻器AI2，同時(shí)變頻器的頻率、電流反饋需作為PLC 的模擬量輸入AI2、AI3 存入VW2 中，以便DCS 可以實(shí)時(shí)監(jiān)控。變頻器通過(guò)端子參數(shù)設(shè)置實(shí)現(xiàn)就地/遠(yuǎn)程時(shí)模擬量輸入通道是否有效，當(dāng)變頻器打到就地時(shí)，變頻器模擬量通道AI1 有效，此時(shí)通過(guò)控制柜定位器進(jìn)行頻率給定。

圖2 PLC 和變頻器接線圖

4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)中軟件設(shè)計(jì)主要包括2 個(gè)部分：S7-200 和DeltaV 系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)及編寫。

4.1 S7-200 程序設(shè)計(jì)

根據(jù)PLC I/O 分配表，選用PLC224XP 和SM235 作為數(shù)字量及模擬量的輸入輸出模塊，通過(guò)硬接線或ModBus 通信方式實(shí)現(xiàn)變頻器的啟停聯(lián)鎖、故障監(jiān)測(cè)、頻率給定等控制。PLC 程序編寫中主要包括ModBus 通信程序、變頻器遠(yuǎn)程啟停、故障監(jiān)測(cè)和數(shù)據(jù)傳輸程序，PLC 通過(guò)調(diào)用ModBus 通信程序?qū)崿F(xiàn)對(duì)變頻器參數(shù)的讀寫，并存入相應(yīng)的寄存器中。

需要注意的是PLC 和變頻器通過(guò)ModBus 通信控制時(shí)，由于MBUS_MSG 指令一次只能有一個(gè)處于活動(dòng)狀態(tài)，因此PLC主站程序通過(guò)定時(shí)器實(shí)現(xiàn)輪詢調(diào)用通信庫(kù)中端口1 中MBUS_MSG 指令，通過(guò)指令輸入?yún)?shù)RW 設(shè)置，指定讀或?qū)懺撔畔?；從站程序調(diào)用通信庫(kù)中端口0 的MBUS_INIT 指令，并進(jìn)行指令輸入?yún)?shù)設(shè)置。PLC 和變頻器通過(guò)硬接線控制時(shí)，PLC 只作為DCS 的從站，此時(shí)調(diào)用從站程序即可。

4.2 DCS 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

DCS 系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要包括畫面設(shè)計(jì)、I/O 組態(tài)設(shè)計(jì)和程序設(shè)計(jì)。DCS 與PLC 之間采用ModBus 進(jìn)行通信。表1 為DCS 通信地址表。

在DeltaV 系統(tǒng)中，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況及通信地址表，進(jìn)行I/O 組態(tài)、參數(shù)設(shè)置、程序設(shè)計(jì)、畫面連接，構(gòu)成人機(jī)界面，在控制室即可對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控及遠(yuǎn)程操作。

在該系統(tǒng)中，讀寫分別占用一個(gè)DST，在設(shè)計(jì)通信程序時(shí)通過(guò)調(diào)用Logical 模塊中的布爾泛輸入/輸出模塊（BFI/BFO）實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)及狀態(tài)信號(hào)傳播。

表1 DCS 通信地址表

5 結(jié)束語(yǔ)

（1）采用DCS 對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控及遠(yuǎn)程控制，提高企業(yè)自動(dòng)化水平及工作效率、減少人工操作帶來(lái)的影響。

（2）將S7-200 作為控制層，解決了DCS 不能直接與部分變頻器通信的問(wèn)題，并將其應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，對(duì)建設(shè)智能化礦山具有一定的指導(dǎo)意義。