方案介紹 

      我國東北地區(qū)是規(guī)模最大的食用菌生產(chǎn)加工出口基地之一。隨著市場需求的不斷增加，生產(chǎn)能力的逐漸擴大，生產(chǎn)設(shè)備的老化與滯后問題突顯出來。培養(yǎng)基二次發(fā)酵是某企業(yè)一個重要的生產(chǎn)過程，是食用菌生產(chǎn)的基礎(chǔ)工序。    

         目前，該公司有6 個培養(yǎng)基二次發(fā)酵隧道。每個隧道配置8 個溫度傳感器，分別布置在發(fā)酵隧道的入風(fēng)口、出風(fēng)口和培養(yǎng)基中，用于檢測發(fā)酵過程溫度。每個隧道配置一臺風(fēng)機和風(fēng)門，用于調(diào)節(jié)發(fā)酵隧道的溫度，達到整個發(fā)酵過程的要求?，F(xiàn)階段,該公司采用人工的方法監(jiān)控隧道溫度，并用手動的方法調(diào)節(jié)風(fēng)機轉(zhuǎn)速和風(fēng)門開度。自動化水平低、耗能高、人力資源的浪費等諸多問題急需解決。 

    在傳統(tǒng)的PLC 變頻控制集成系統(tǒng)中，變頻器的啟動/停止與故障監(jiān)控由PLC 通過開關(guān)量實現(xiàn)端對端控制。變頻器頻率是由PLC 通過模擬量輸出端口輸出0～5（10）V 或4～20mA 信號控制，需要PLC 配置昂貴的模擬量輸出端口模塊。變頻器出現(xiàn)故障時由PLC 讀取變頻器的故障報警觸點，對具體故障原因并不清楚，需查詢變頻器報警信息后再閱讀變頻器說明書才知道。隨著交流變頻控制系統(tǒng)及通訊技術(shù)的發(fā)展，可以利用PLC 及變頻器的串行通訊的方式來實現(xiàn)PLC 對變頻器的控制。 

        在工業(yè)自動化控制系統(tǒng)中，最為常見的是PLC 和變頻器的組合應(yīng)用，并且產(chǎn)生了多種多樣的PLC 控制變頻器的方法，其中采用RS-485 通訊方式實施控制的方案得到廣泛的應(yīng)用：因為它抗干擾能力強、傳輸速率高、傳輸距離遠且造價低廉。本文就是針對該公司的自動化問題，應(yīng)用PLC與變頻器的串行通訊，實現(xiàn)風(fēng)機的變頻調(diào)速和遠程監(jiān)控。 

變頻器通訊的系統(tǒng)配置  

   1.1 變頻器的選擇

易能電氣的EDS1000系列變頻調(diào)速器提供串行通訊技術(shù)的支持。它所支持的串行通訊技術(shù)包括標(biāo)準(zhǔn)RS-485、PROFIDRIVE、 LONWORKS 在內(nèi)的多種現(xiàn)場總線方式。其中，RS-485通訊方式為用戶提供了無需附加任何費用的、最為廉價實用的串行通訊方式。只需按照EDS1000 變頻器規(guī)定的通訊數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、控制字和狀態(tài)字格式發(fā)送數(shù)據(jù)即可實現(xiàn)與變頻的通訊。

    1.2 PLC 的選擇

    西門子工控產(chǎn)品在工控領(lǐng)域應(yīng)用市場中有較高的占有率。S7-200 系列是西門子SIMATIC PLC 家族中的小規(guī)模PLC 成員，自由通訊口方式是S7-200 PLC 的一個特色的功能，它使S7-200 PLC 可以由用戶自己定義通訊協(xié)議。利于自由通訊口方式，在本系統(tǒng)中PLC可以與變頻器方便連接。PLC 通過自由通訊口方式與變頻器通訊，控制變頻器的運行，讀取變頻器自身的電壓、電流、功率、頻率和過壓、過流、過負荷等全部報警信息等參數(shù)，這比通過外部端口控制變頻器的運行具有較高的可靠性，節(jié)省了PLC 寶貴的I/0端口，又獲的了大量變頻器的信息。在本例中，作者將按照自由口協(xié)議來對S7-200 的自由口進行編程[2]。

    1.3 系統(tǒng)硬件組成

    EDS-1000 系列變頻器RS-485 接口與西門子S7-200 系列226CPU 型PLC 的自由通訊口1的配線圖，如圖1 所示。PLC 為主機，變頻器為從機，主從機點對點通訊。

1.4 硬件安裝方法 

     （1）用網(wǎng)線專用壓接鉗將電纜的一頭和RJ45 水晶頭進行壓接；另一頭則按西門子PLC自由通訊口的針口排列，與DB-9 專用轉(zhuǎn)接插頭相連。 

     （2）將RJ45 電纜分別連接變頻器的PU 口，把DB-9 專用轉(zhuǎn)接插頭與S7-200 PLC 的自由通訊口1 相連 

    2. 變頻器通訊原理

    EDS1000 系列變頻器的串行通訊為異步半雙工的方式，使用字節(jié)奇偶校驗。PLC 為主機，變頻器為從機，系統(tǒng)電碼的傳輸由主機控制，主機不斷發(fā)出某個地址的電碼給從機，等待從機的響應(yīng)。主機最多能帶31 個從機，在有中繼器的情況下，可以增加到126 個從機，也就是從機的地址最多可以設(shè)定到126。通訊時，傳輸?shù)哪J格式和傳輸速率為：8-N-1，9600bps。傳輸?shù)臄?shù)據(jù)命令幀格式表1 所示。

   上述數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中：

    （1）幀頭：為字符“～”（即十六進制7E），單字節(jié)。

    （2）從機地址：從機的本機地址，占用兩個字節(jié)，ASCII 格式。變頻器出廠設(shè)置為01。

    （3）主機命令/從機響應(yīng)：主機發(fā)出的命令，從機對命令的應(yīng)答。占用雙字節(jié)，采用ASCII 格式。

    （4）輔助索引/命令索引/故障索引：對于主機，輔助索引、命令索引用于配合主機命令實現(xiàn)具體功能。對于從機，輔助索引、命令索引用于從機上報故障狀態(tài)碼，命令索引不作改動，直接上報。數(shù)據(jù)類型為16進制，4 個字節(jié)，ASCII 格式。命令索引占用低二個字節(jié)，輔助索引占用高二個字節(jié)，數(shù)據(jù)范圍為“00”～“FF”。

    （5）校驗和：數(shù)據(jù)含義為幀校驗，占用四個字節(jié)，ASCII 格式。計算方法為“從機地址”到“運行數(shù)據(jù)”全部字節(jié)的ASCII 碼值的累加和。

    （6）幀尾：十六進制0D，單字節(jié)[3]

   3. PLC 編程示例

      本文結(jié)合發(fā)酵隧道控制系統(tǒng)的需要，考慮其實用性，本系統(tǒng)主要是設(shè)置變頻器的運行頻率和讀取變頻器的參數(shù)。

   3.1 變頻器的運行頻率設(shè)定程序

PLC 在第一次掃描時執(zhí)行初始化子程序，對通訊端口進行設(shè)置。本例運用端口1 進行通訊，變頻器地址為01。例如：設(shè)定值為40.00HZ，格式：“～010C00010FA0027C\R”，程序如下：

Network 1 //初次掃描，進行初始化操作，置傳送字節(jié)數(shù)。// LD SM0.1 MOVB 18, VB199 Network 2 //若SM0.7=1，允許自由口模式// LD SM0.7 MOVB 9, SMB130 Network 3 //若SM0.7=0，允許PPI/