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[導(dǎo)讀]0 引言   隨著電力電子技術(shù)和自動(dòng)控制技術(shù)的日益發(fā)展,電動(dòng)機(jī)的調(diào)速已不再是單一調(diào)速系統(tǒng)的概念。發(fā)展到今天的變頻器調(diào)速控制,在工業(yè)各個(gè)領(lǐng)域中得到了極為廣泛的應(yīng)用,在現(xiàn)代的工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)中,如在紡織

0 引言

  隨著電力電子技術(shù)和自動(dòng)控制技術(shù)的日益發(fā)展,電動(dòng)機(jī)的調(diào)速已不再是單一調(diào)速系統(tǒng)的概念。發(fā)展到今天的變頻器調(diào)速控制,在工業(yè)各個(gè)領(lǐng)域中得到了極為廣泛的應(yīng)用,在現(xiàn)代的工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)中,如在紡織、輕工業(yè)、建材等領(lǐng)域,一種常見調(diào)速系統(tǒng)的是由PLC控制變頻器實(shí)現(xiàn)多臺(tái)電動(dòng)機(jī)的調(diào)速控制,這種調(diào)速系統(tǒng)可以在PLC與變頻器網(wǎng)絡(luò)通信的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)多臺(tái)電機(jī)的變頻調(diào)速[1]。

  控制系統(tǒng)可以把觸摸屏、PLC和變頻器用總線連接起來,通過下載到觸摸屏中的項(xiàng)目組件和PLC中的程序?qū)崿F(xiàn)電機(jī)的變頻控制,包括啟停、正反轉(zhuǎn)、多段調(diào)速、無級調(diào)速和參數(shù)讀寫等。這里以S7-200系列PLC為控制核心,通過對TP270-6型觸摸屏的操作改變PLC中的參數(shù),實(shí)現(xiàn)對MM440變頻器工作狀態(tài)的控制。本文設(shè)計(jì)的變頻調(diào)速系統(tǒng),主要針對電機(jī)的變頻調(diào)速及變頻器網(wǎng)絡(luò)與PLC的通信問題進(jìn)行了研究。

  1調(diào)速系統(tǒng)構(gòu)成

  1.1系統(tǒng)設(shè)備介紹

  整個(gè)調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)備包括:上位計(jì)算機(jī)1臺(tái)(安裝有WinCCflexible和STEP7-MicroWIN軟件)、TP270觸摸屏1塊、西門子224PLC、MM440變頻器3臺(tái)及配套電機(jī),整個(gè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖1所示。

  上位機(jī)使用編程軟件設(shè)計(jì)觸摸屏控制畫面及PLC中USS通信和控制程序,并使用RS-232串行通信的方式下載到觸摸屏,使用PC/PPI的通信方式下載到PLC中,上位機(jī)在完成編輯后將與系統(tǒng)斷開,不參與電機(jī)調(diào)速的過程。西門子觸摸屏與PLC的Port1串口相連,使用MPI串行總線方式進(jìn)行數(shù)據(jù)交換;S7-200PLC的Port0串口以RS-485串行總線方式連接3臺(tái)變頻器,MM440變頻器的通信端口為29(P+)、30(N-)。



  圖1調(diào)速系統(tǒng)構(gòu)成

  1.2USS通信協(xié)議

  USS協(xié)議是由SIEMENSAG定義的串行數(shù)據(jù)通訊協(xié)議,SIEMENS所有傳動(dòng)產(chǎn)品都支持這個(gè)通用協(xié)議。它與Profibus及其它協(xié)議相比,USS協(xié)議無須購置通訊附件,是一種低成本、高性能的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)組態(tài)連接方案[2]。

  USS協(xié)議采用主一從結(jié)構(gòu),總線上可以連接1個(gè)主站和最多31個(gè)從站,在主站沒有要求從站通信時(shí),從站不能首先發(fā)送數(shù)據(jù),各個(gè)從站之間也不能直接進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。主站一般為PLC或者PC機(jī),從站可以是變頻器或者直流調(diào)速器.

  在其他一些串行通訊場合,例如PC機(jī)與智能終端或嵌入式系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)之間的通信,由于缺乏現(xiàn)成的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議,用戶不得不自己制定一些協(xié)議,而USS協(xié)議由于其簡單、高效、靈活和易于實(shí)現(xiàn),也被廣泛的應(yīng)用在這些場合。

  2 USS通信程序與TP270的畫面設(shè)計(jì)

  2.1USS通信程序編寫

  STEP7-MicroWIN編程軟件有實(shí)現(xiàn)USS通信協(xié)議的庫指令,需要進(jìn)行添加及分配相應(yīng)的庫存儲(chǔ)區(qū),共包括14個(gè)子程序、3個(gè)中斷程序和8條指令,編寫通信程序時(shí)需要在主程序中進(jìn)行指令塊調(diào)用,如圖2所示[3]。



  圖2USS通信指令的調(diào)用

  如圖2左邊為初始化指令,USS_INIT中的Mode為1表示將Port0通信口用于USS協(xié)議并使能該協(xié)議;Baud為波特率的大小,可根據(jù)需要進(jìn)行設(shè)置(包括1200、2400、4800、9600、19200、38400、57600和115200);Acitive指示驅(qū)動(dòng)激活的編號,所有被激活的驅(qū)動(dòng)都會(huì)在后臺(tái)被自動(dòng)的輪詢,控制驅(qū)動(dòng)的搜索狀態(tài),防止驅(qū)動(dòng)的串行鏈接超時(shí);Done位表示輸出接通;Error的字節(jié)中存放指令的執(zhí)行結(jié)果[4]。

  圖2右邊為變頻器驅(qū)動(dòng)控制指令USS_CTRL,EN位為使能端,需要使用SM0.0保持接通;RUN位表示驅(qū)動(dòng)接通或斷開;OFF2位用來允許MicroMaster驅(qū)動(dòng)斜坡減至停止;OFF3位用來命令MicroMaster驅(qū)動(dòng)快速停止;F_ACK(故障應(yīng)答)位用于應(yīng)答驅(qū)動(dòng)的故障,當(dāng)F_ACK從0變1時(shí),驅(qū)動(dòng)清除該故障(Fault);DIR(方向)位指示驅(qū)動(dòng)應(yīng)向哪個(gè)方向運(yùn)動(dòng);Drive(驅(qū)動(dòng)地址)是MicroMaster驅(qū)動(dòng)的地址,USS_CTRL命令發(fā)送到該地址,有效地址為0到31;Type(驅(qū)動(dòng)類型)選擇驅(qū)動(dòng)的類型,對于4系列的MicroMaster驅(qū)動(dòng),類型為1;Speed_SP(速度設(shè)定值)是驅(qū)動(dòng)的速度,是滿速度的百分比;Speed_SP的負(fù)值使驅(qū)動(dòng)反向旋轉(zhuǎn),范圍是從-200.0%至200.0%;Error是錯(cuò)誤字節(jié),包含最近一次向驅(qū)動(dòng)發(fā)出的通訊請求的執(zhí)行結(jié)果;Status是驅(qū)動(dòng)返回的狀態(tài)字的原始值;Speed是驅(qū)動(dòng)速度,是滿速度的百分比,范圍是從-200.0%至200.0%;Run_EN(RUN使能)指示驅(qū)動(dòng)是運(yùn)行(1)還是停止(0);D_Dir指示驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)的方向;Inhibit指示驅(qū)動(dòng)上禁止位的狀態(tài)(0--未禁止,1--禁止),要清除禁止位,F(xiàn)ault(故障)位必須為零,而且RUN、OFF2和OFF3輸入必須斷開;Fault指示故障位的狀態(tài)(0--無故障,1--有故障),要清除Fault,必須排除故障并接通F_ACK位[4]。

  2.2TP270畫面設(shè)計(jì)

  在界面設(shè)計(jì)之前,要對系統(tǒng)進(jìn)行整體分析,以便對設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)、功能和控制要求有較好的把握。完成觸摸屏的硬件連接和軟件的通信調(diào)試之后,就可以進(jìn)行控制界面的設(shè)計(jì)。

  TP270-6型觸摸屏的界面由WinCCflexible軟件進(jìn)行設(shè)計(jì),用戶主界面1個(gè),用于顯示控制原理圖和進(jìn)入監(jiān)控界面可管理員和用戶進(jìn)入(需要密碼),數(shù)據(jù)對象界面4個(gè),分別是監(jiān)控界面(圖3)、無級變速界面(圖4)、參數(shù)讀界面(圖5)、參數(shù)寫界面(圖6)。



  設(shè)計(jì)控制畫面可按以下步驟進(jìn)行[5]:

 ?、俅蜷_WinCCflexible軟件,建立新的“項(xiàng)目”。

 ?、谠?ldquo;項(xiàng)目”窗口中,點(diǎn)擊“對象”選項(xiàng),對畫面進(jìn)行編輯。返回“項(xiàng)目”窗口中,雙擊“畫面”選項(xiàng),完成對畫面的添加。在畫面窗口中的菜單欄里選中“對象”選項(xiàng),選擇所需的圖形或選件插入,然后對它們進(jìn)行編輯。

 ?、鄯祷?ldquo;項(xiàng)目”窗口,點(diǎn)擊“變量”選項(xiàng),對變量進(jìn)行添加和編輯。在“項(xiàng)目”窗口中雙擊“變量”選項(xiàng),這里需創(chuàng)建多個(gè)變量,完成對變量的添加。在“變量”對話框中完成對變量的編輯。變量名稱、PLC、類型、范圍、采集周期和組件數(shù)目都可根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行設(shè)置和修改。在“對象”選項(xiàng)中選中按鈕,然后在界面空白處左鍵拖拽,即生成按鈕圖標(biāo)。在“常規(guī)”選項(xiàng)卡中的文本中可更改按鈕的顯示文本內(nèi)容,在主界面的下方有關(guān)于此圖標(biāo)的操作設(shè)置,進(jìn)行相應(yīng)的修改和選擇最終達(dá)到控制要求。

  ④將畫面與變量連接,然后依次點(diǎn)擊工具欄中的“編譯”和“下載”選項(xiàng),完成項(xiàng)目的編譯和到觸摸屏的下載。

  3 MM440變頻器的參數(shù)設(shè)置

  西門子變頻器共有三種面板供用戶選擇,其中狀態(tài)顯示面板SDP有兩個(gè)LED指示燈,用于指示變頻器的運(yùn)行狀態(tài);基本操作面板(BOP)用于設(shè)定各種參數(shù)的數(shù)值,數(shù)值大小和單位用5位數(shù)字顯示;高級操作面板(AOP)可讀出變頻器的參數(shù)設(shè)定值,也可將參數(shù)設(shè)定值寫入變頻器,AOP最多可存儲(chǔ)10組參數(shù)設(shè)定值。本文中選擇了最常用的BOP進(jìn)行變頻器的參數(shù)設(shè)置。

  西門子MM440變頻器要實(shí)現(xiàn)USS通信,需要分三步進(jìn)行具體的參數(shù)設(shè)置,第一步設(shè)置P0010=30、P0970=1將變頻器參數(shù)還原為出廠設(shè)置,第二步修改與電機(jī)相關(guān)的各個(gè)參數(shù),包括電機(jī)銘牌參數(shù)、斜坡上升時(shí)間和斜坡下降時(shí)間等,第三步確定通信方式和通信地址,該步的參數(shù)設(shè)置如表1所示[6]。

  表1MM440變頻器參數(shù)設(shè)置



  USS主站(S7-200PLC)與USS從站(傳動(dòng)裝置,即變頻器)之間的通訊是異步方式的,通訊的工作程序?yàn)楹笈_(tái)工作方式,發(fā)送接收數(shù)據(jù)與控制邏輯無關(guān)。用戶程序通過改變USS報(bào)文中的STW及HSW的值,來控制變頻器的啟停及改變設(shè)定頻率值。USS報(bào)文通過發(fā)送指令發(fā)送至傳動(dòng)裝置,利用接收指令接收變頻器返回的USS報(bào)文,同一時(shí)刻只能有一個(gè)發(fā)送指令或接收指令被激活。

  1 結(jié)語

  能源短缺隨著時(shí)間的發(fā)展而日益嚴(yán)重,節(jié)能減排和環(huán)境保護(hù)成為當(dāng)務(wù)之急。電機(jī)作為工業(yè)現(xiàn)場最為常見的用電設(shè)備,其節(jié)能措施,即變頻調(diào)速技術(shù),受到技術(shù)專家的廣泛關(guān)注。本文中使用市場上流行的西門子MM440變頻器,實(shí)現(xiàn)了單主站和多從站的USS通信,簡化了系統(tǒng)布線,提高了電機(jī)的工作性能,節(jié)省了電力并增加了可靠性,為冶金、制造、紡織等各個(gè)不同的工業(yè)現(xiàn)場提供了較好的控制方案。

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