丽水西门子PLC总代理商

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本文介绍了西门子S7-200系列PLC与伟创变频器之间RS-485通讯控制及及数据格式，详细分析了通讯控制调速系统与一般模拟量控制调速系统相比的优越性。并给出了应用实例及其PLC程序设计的思路。

一、 引言

在造纸行业,一条同步生产线起初早采用的控制方式是:同步控制器（如CTKT调速器）+滑差电机→同步控制器（如台达）+变频器。直到现在绝大部分普遍采用的PLC+D/A模块+变频驱动为普遍。采用D/A扩展模块控制变频器的频率时，相比而言比同步控制器要好，但同样容易受到模拟量信号的波动和因距离不一致而造成的模拟量信号衰减不一致的影响，使整个系统的工作稳定性和可靠性降低。从经济的角度来分析，当需要控制多台变频器时，如果采用D/A扩展模块，成本将大大增高，我们以六个点的系统来说明，那么至少需要一个4通道的4D/A模块和一个2通道的2D/A的模块来组成该系统。仅2个模块的价格在2500元左右。而使用S7-200系列PLC，不但省掉了D/A模块，而且还省掉了通讯模块（三菱FX系列PLC则需要一个485BD通讯模块，价格在200元），因为S7-200的编程端口PORT0（PORT1）通过设定参数后就是一个RS-485通讯接口，而且我们还通过对输入点进行组合的方式可以节省大量PLC主机的输入点。仍以一条6点的同步纸机系统为例，仅需一台S7-200CPU224主机+6台变频器，就能达到主速升/降、各点之间的比例调节、绷紧、爬行等所有纸机的全部功能。和传统的PLC主机+D/A模块方式相比至少节约了3000元左右，同步点数越多价格相差越大、越经济。

二、系统配置（以6点同步系统说明）

本纸机同步控制系统采用一台西门子S7-200-CPU224PLC和6台变频器，分别驱动一压榨、二压榨、一缸、二缸、三缸、切纸（卷纸）

改造后可达到以下功能：主升/主降、急停、消除比例记忆、各点分别有比例微升/微降、绷紧、爬行。

三、程序设计要点

该系统的重点在于程序的设计编写。首先我们必须要详解了解纸机同步系统的工作原理，因此我们在编写程序时应注意以下几点：

1、速度链功能对纸机来说，整条生产线正常运转时，由于每个点之间的机械传动比不尽相同，烘缸直径大小不同，在保证一定的线速度下，就必然导致每个点的电机转速不一样，即变频器输出的频率不一样。也就是说相邻的两台电机转速存在着一定的比例关系B，我们假设主速度为N，1#—6#变频器速度为N1、N2、N3、N4、N5、N6。即：

N1=N

N2=N1＊B2

N3=N2＊B3=N1＊B2＊B3

N4=N3＊B4= N1＊B2＊B3＊B4

N5=N4＊B5= N1＊B2＊B3＊B4＊B5

N6=N5＊B6= N1＊B2＊B3＊B4＊B5＊B6

从以上关系式我们不难看出，进行同步调速时，无论调整哪个点的比例系数均不会影响其它分部之间的同步关系，因此遵循以上原则编写出一个速度链的子程序模块。使程序变得清晰简洁。

2、跟随功能同样按以上关系式可以看出。当按下任意一个点的“绷紧”按纽时，后面的各点自动的跟随。前面的点不变。松开“绷紧”按纽时即恢复原有的同步线速度。即“后跟前不跟”此功能主要应用在当某一个环节纸松慢慢呈下垂状态时，按下此按纽，在现有的同步线速度下加上2-3HZ频率。

3、爬行功能 每个点均有（6-8HZ）。主要是在检修时用。

4、记忆及消除记忆功能每次调整后自动记忆，下次开机时就无须再调，十分方便。如整个系统调乱了，还可消除记忆，即每个点的速度都在主速度N下运行。

5、急停功能如有异常情况按下红色蘑菇头按纽自锁，这时系统暂停封闭输出。异常解除后，松开蘑菇头按纽，系统即按刚才停机前的线速度运行。

6、通讯程序编写

AC60系列变频器采用MODBUS协议，通讯格式为RTU（远程终端单元）模式，通讯数据格式如下：

字节的组成：包括起始位、8个数据位、校验位和停止位。

协议格式解释：

起始位即帧头以至少3.5个字节的传输时间停顿间隔作为开始.依次传输一帧数据直至结束

Bit1从机地址 变频器为从机，变频器的本机地址即为PLC通讯的从机地址，由变频器的参数设定（H-67）

Bit2命令代码 主机发送的命令代码，对从机进行相应的操作，如03H读从机参数、06H写从机参数、08H回路自检测。

Bit3/ Bit4 数据地址高位/低位 即从机数据地址

Bit5/ Bit6 数据地址高位/低位 即从机数据地址里面的内容

Bit5/ Bit6 CRC校验低位/高位

采用西门子S7-200PLC编程如下：

1、CRC校验子程序编写首先将编程端口PORT0（PORT1）通过对SMB30（SMB130）设置，即偶校验（E、8、1）和波特率的值的内容。对PLC进行初始化。并编写CRC校验子程序。收此时的编程端口无法进行状态监控。子程序使用了多个局部变量，以方便其它子程序调用。

在西门子STEn 编程环境下（如图1）

CRC校验及通讯协议参数PRT0端口设定

设置变频器以下参数：H-66=0//变频器设为从站
H-67=1 //变频器通讯地址为1
H-69=3 //通讯波特率9.6K
H-68=1 //（E、8、1）//通讯数据偶校验
E-01=2 //变频器的运行采用通讯方式
E-02=6 //变频器的给定频率设定采用通讯方式

2、速度链子程序 按照我们上面所述的比例关系式来设计子程序。利用浮点运算处理，调节比例系数时可达到变频器的大分辩率，即HZ。

3、RS发送格式子程序 以每隔30MS发送一帧数据，不断循环发送。经实践证明效果很好。

4、其它注意单位时间内的升降值（分辩率）的限幅，主机升降速度和从机升降速度一定要分为两个定时器编写。

5、见上图所示，在输入点采用了组合方式输入，节约了大量的输入点，有效的降低了成本。

七、结束语

采用PLC同变频器通讯，很容易实现多变频器之间的同步和比例联动运行。该系统具有成本低、信号精度高（可达变频器高分辨率）、传输距离远、抗干扰性强等特点。我们以这种方式做了几十套控制系统，用户反映非常好。具有接线简单，控制精度高，成本低等特点，特别适合对多台变频器的同步、比例联动以及对变频器频率精度要求比较高的场合。

1 引言
当前转炉炼钢的烟汽除尘系统大都采用OG法，这种方式的除尘系统可分为三大部分，既汽包及余热锅炉部分、汽包供水部分及煤气回收部分。而汽包及余热锅炉和汽包供水两大部分是转炉炼钢的必不可少的，该系统用来转炉烟汽中的粉尘、降低烟汽的温度以及吸收蒸汽节约能源等多重作用，因此它的自动化控制也非常重要。本文着重阐述了采用西门子S7-300型PLC对转炉汽化冷却的自动化控制。

2 系统介绍
2.1 控制要求
汽化冷却系统主要控制以下两大控制设备:
(1) 汽包系统
汽包给水阀、汽包主汽阀、汽包放汽阀、汽包加热阀、汽包1#、2#排污阀、汽包紧急放水阀、汽包1#、2#给水泵;1#、2#强制循环泵、1#强制循环泵出口阀、2#强制循环泵出口阀、强制循环泵旁通阀;
(2) 蓄热器系统
蓄热器补水阀、蓄热器充汽阀、蓄热器放散阀、1#、2#软水泵。
根据工艺要求要对汽包水位、汽包蒸汽阀前压力、蓄热器水位、除氧器进汽阀前压力进行自动调节，工艺示意图见图1。

图1 工艺示意图

2.2系统的配置与构成
系统采用两套西门子S7-300PLC，其中一套置于31m，另一套置于地面，31m处的PLC控制汽包系统，地面的PLC控制蓄热器系统。两套PLC除了信号模板不同，其它模板选型都相同。
在监控系统的选择上，为了和西门子PLC通讯的方便性以及本身功能的强大性，使用WINCC监控软件实现重要的设备操作记录和重要数据的历史存档，并提供重要数据的声光报警，为整个生产中出现的故障进行及时预警，并提出相应的处理方法。

图2 系统配置功能图

系统配置功能图如图2所示。
3 控制功能
3.1阀位控制
汽化冷却系统中基本上是电动阀，为了设备的安全，要进行联锁，包括按钮互锁、正反转输出互锁、正反转反馈运行互锁以及限位开关，必要时可通过画面解除限位联锁。

3.2泵控制
给水泵、软水泵、循环泵:一运一备，互为备用，当工作泵(运行泵)出现故障时，马上启动备用泵。一旦备用泵启动，则另一个泵就作为备用泵备用。

3.3 仪表回路调节
除汽包水位调节外,其他3个调节都采用PID自动调节。
对于汽包水位给水调节，由于引起汽包水位变化的因素较多，如储水量、水位下汽包容积、锅炉负荷、燃烧工况、给水压力等，加上锅炉特有的虚假水位现象，简单的单回路控制难以满足对控制的要求，尤其是对于炼钢厂这样的工况变化频繁，变化幅度大，对于水位的控制来说仅仅使用传统的仪表控制是非常困难的，即使是使用了专用的进口多回路可编程调节仪表对水位进行控制，也仅能够在工况稳定的情况下满足控制的需要，而当工况产生突变时，仪表则根本无法对水位进行控制。为此，我们采用了先进的三冲量控制技术对水位进行动态调节。虽然影响因素较多，但其中主要是蒸汽流量和给水流量，其原理如图3所示。

图3 蒸汽流量和给水流量调节原理图

我们采用前馈-串级控制系统，方框图见图4。其前馈为蒸汽流量，图4中:GC—调节器; GV—调节阀; GO—控制对象;FW—给水流量干扰; FD—蒸汽流量干扰;加上汽包水位和给水流量的串级控制，当负荷稳定时，蒸汽流量和给水流量基本不变，由液位主控回路反馈闭环控制。当负荷变化较大时，蒸汽流量突然变化，其测量值不经调节器直接加到加法器，控制加水阀，所以滞后小，超前作用强，避免了虚假液位带来的误动作。

图4 前馈-串级控制系统的方框图

控制方式:当水位低于-100mm时，主调节阀开度在100，当水位上升到-50mm时，开度在60，以后每当水位上升20mm，开度就依次关闭10，当水位上升至-10mm时，开度保持在40，一旦水位上升到50mm，则开度保持在20，当水位升至100，则开度为0，若判断水位还在上升，则停止给水泵。

3.4 监控画面
系统监控操作画面包括:方便工人操作的监控画面和为软件工程师提供接口的整定画面。
操作员画面向操作人员提供了各种数据、曲线，显示内容丰富鲜明、操作简捷可靠，即可以用光电鼠标操作，也可用键盘操作。

画面中主体设备位置确切，工作状态形象生动，各种参数“就地显示”，整个系统运行工况集于一屏，一目了然，操作非常方便，同时也方便维修工处理故障。

工程师画面为软件工程师提供了进行系统整定的良好界面，是工程师在调节中进行参数修改和设定的重要环境，也是自控系统的核心。

4 结束语
该系统自投运以来，运行十分稳定可靠，故障率极低，所有信号处理及联锁控制均在PLC内自动完成，并可通过MMI进行在线监控及历史记录分析，使得电气线路变得十分简捷、可靠，减少了不安全因素，有效地提高了劳动生产率，改善了工作人员的工作环境，减轻了工作人员的劳动强度，取得了十分显著的经济效益。由于该控制系统取得了极好的经济效益，具有很强的实用性、可移植性，在本行业及其它相关行业具有很高的推广价值。

1 引言
　　随着我国经济的发展，人们对电子设备的需求越来越大、对电子设备的质量要求也越来越高。针对自动化流水线的需求也越来越广泛，因此，需要可靠、功能齐全、响应速度快的控制系统。然而PLC可靠性高、抗干扰能力强、性能稳定、容易扩展、便于维护和升级等优点都强于PC机。此自动化流水线选用西门子CPU（S7-200）及UniMAT扩展模块控制系统，下面具体介绍设计方案。

2 系统概述
　　电池包装流水线主要由电池性能检测、电池贴附商标及电池裹标三部分工艺及各设备机构的衔接传送控制部分。电池性能检测：此控制系统需要采集电池性能检测数据，处理后送入PLC，经PLC运算穗选电池良品；传动到贴附商标设备中，控制伺服电机对电池贴附功能，由角度扫描光纤测定电池贴附精度，穗选电池良品送入全自动裹标设备放料平台，经三个步进电机控制到裹标位置-裹标-下料。

3 系统构成及功能
　　PLC：CPU224（西门子）；UniMAT扩展模块：EM221（32点数字量输入）、EM221（16点数字量输入）EM222（32点数字量输出） EM221（16点数字量输出） EM253（运动控制模块）
一：控制要求
1监视整个流水线的工作情况。
2进行各设备时间参数及计数参数设置。
3执行控制全局作用，负责各部分工艺工作的状态，处理使整个系统良好运行。

二：整个系统精度控制
1伺服电机jingque控制，通过对伺服发送脉冲数控制卷料商标压轴角度达到jingque的出标位置，实现高精度的贴标任务。

2步进电机的jingque控制，此系统使用三个步进电机：步进电机传送电池到裹标位置，为减少误差累计的fumian影响，使用发送高数脉冲数实现jingque定位；裹标利用步进转动角度和转矩控制裹标的质量；下料为自动装置且下料机构须同一位置进行且不影响产品情况下选用步进电机收料到一定数量后整体移出。步进电机是将电脉冲信号变换成角位移的一种机电式数模转换器。它受脉冲信号控制，角位移与输入脉冲个数构成严格的正比例关系，每输入一个脉冲，步进电机就转动一定的角度。它具有定位精度高、惯性小、无积累误差、启动性能好等
三：系统需求
1数据采集卡，采集电池性能检测信息功能。
2数字量输入及输出。
3高频脉冲输出。
4手动及自动运行两套系统，且对各个输入点进行监视，如发现异常立即停止此系统，发出报警功能。

4 系统控制过程
　　此系统采取同步和异步控制程序，主要提高各工艺的利用率及生产效率。（部分动作控制流程图如下）

工艺流程图

电池性能检测控制流程图（部分控制流程）

5应用效果分析
　　经整个系统稳定后，全自动包装流水线在各监控中下无误差的稳定生产；西门子S7-200PLC和UniMAT扩展模块抗干扰性强、稳定及可靠性增强该系统运行和监控能力。今后全自动流水线将是大型企业发展趋势，其控制系统的全面性，功能的强大性也是PLC发展趋势。