MM440變頻器在USS通信下的應(yīng)用
MM440變頻器在USS通信下的控制研究
2012-03-07
摘要：為了降低工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的電機(jī)能耗，以S7-200PLC為控制主站，采用USS串行通信的方式，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了PLC控制多個(gè)變頻器的系統(tǒng)。該系統(tǒng)的通信控制程序編寫(xiě)與MM440變頻器設(shè)置容易實(shí)現(xiàn)，底層設(shè)備布線簡(jiǎn)單，容易被技術(shù)人員接受。實(shí)驗(yàn)運(yùn)行結(jié)果表明，整個(gè)系統(tǒng)可以完成分段調(diào)速、無(wú)級(jí)調(diào)速等控制要求，運(yùn)行穩(wěn)定可靠，有很強(qiáng)的實(shí)用性和較高的性價(jià)比。
關(guān)鍵詞：USS通信，MM440變頻器，S7-200PLC，觸摸屏
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(jiàn)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(lái)，通過(guò)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(wú)級(jí)調(diào)速和參數(shù)讀寫(xiě)等。這里以S7-200系列PLC為控制核心，通過(guò)對(duì)TP270-6型觸摸屏的操作改變PLC中的參數(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)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(duì)電機(jī)的變頻調(diào)速及變頻器網(wǎng)絡(luò)與PLC的通信問(wèn)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(mén)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(huà)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(kāi)，不參與電機(jī)調(diào)速的過(guò)程。西門(mén)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(wú)須購(gòu)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(méi)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(chǎng)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(jiǎn)單、高效、靈活和易于實(shí)現(xiàn)，也被廣泛的應(yīng)用在這些場(chǎng)合。
2 USS通信程序與TP270的畫(huà)面設(shè)計(jì)
2.1USS通信程序編寫(xiě)
STEP7-MicroWIN編程軟件有實(shí)現(xiàn)USS通信協(xié)議的庫(kù)指令，需要進(jìn)行添加及分配相應(yīng)的庫(kù)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(xiě)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(hào)，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(kāi)；OFF2位用來(lái)允許MicroMaster驅(qū)動(dòng)斜坡減至停止；OFF3位用來(lái)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(duì)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(qǐng)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(kāi)；Fault指示故障位的狀態(tài)(0--無(wú)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(huà)面設(shè)計(jì)
在界面設(shè)計(jì)之前，要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行整體分析，以便對(duì)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)。
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