职教变频器通讯技术课程的开发与应用.docx
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职教变频器通讯技术课程的开发与应用
职教变频器通讯技术课程的开发与应用
【摘要】工业自动控制网络化为自动控制的发展方向,本文就变频器通讯技术课程及其应用进行阐述,讲解常用变频器和PLC的通讯设置及程序设计。
【关键词】职教变频器通讯技术开发与应用
当前的工业控制自动化正逐渐向智能化、微型化、网络化和开放性方向发展。
而当前的工业控制技术方面的职业教育仍然停留在单机控制及通过外部端子(或I/O点)控制的层面上,使得控制系统之间的连线较多,自动控制的核心器件PLC及计算机既不能完整地监控驱动设备的状态,也不便于控制过程数据的存储。
目前工业自动化控制已走向网络化控制,职业教育的课程跟不上,培养出来的技术人员所掌握的技术不适应企业的需求。
因此,开发工业控制通讯技术方面的课程显得尤为重要。
一、课程开发的思路
开发一个课程除了要能够满足未来学生工作及现在职工培训的需要,还要考虑前瞻性、多样性、代表性、实用性、难易程度、教学培训设备成本等几个方面。
(一)满足学生就业工作的需要
现在企业追求利益最大化,招收员工要求能够在最快的时间内学会独立工作,同时要求,当进行设备更新时,员工能马上熟悉新设备的使用、维护及改造。
即要求学员不但要学得企业需要的技术,而且要不断地跟上科技进步与产品更新的速度,所以,开发的课程要能满足企业对员工的需求并有一定的前瞻性,避免学生毕业即失业的现象发生,教会学生学会学习与吸收新技术。
(二)满足职工培训的需要
当前,企业中的新技术、新设备只掌握在少数技术人员手中,可是这些设备中的大多数却需要一天24小时运转,必然地要求当班的技术工人要学会能够及时地对设备进行保养与维护,所以需要更多的技术工人掌握这些新技术、熟悉新设备的使用。
这样,开发的课程一定要有实用性,要满足现有职工的技术需求,使其学完即能用,同时要提高职工参加培训的热情。
(三)难易程度要适合职业学校在校学生及普通技术工人的学习
开发的课程要使职业中学的在校学生及普通的技术工人学得懂、会使用、能使用,因此不能涉及高深的理论,重在方法,偏向实践。
(四)课程内容要有多样性和代表性
开发的课程不能单一,因为授课的对象来自各个单位(或将要到各单位工作),面对不同的设备。
这就要求开发的课程要有多样性,并在多样性的基础上要有一定的代表性,以解决教学内容不能涉及到所有的设备产品满足所有学员的需要的矛盾。
(五)教学设备投入少
新课程的开发力求在满足教学需求的同时,又要在原有的PLC、变频器、计算机设备上不用增添太多的资金,充分利用现有设备的功能,挖掘设备可使用的潜力。
比如利用设备原有的通讯口,在程序的设计、参数的设置上下工夫。
二、课程开发
开发的课程中,除了有同品牌之间的PLC和变频器的通讯,还开发了不同品牌之间的PLC和变频器。
课程开发选用各大企业运用较广的三菱PLC、变频器和西门子的PLC及变频器。
改变传统将原有的变频器通过外部端子和PLC连接的控制方式,采用PLC及变频器的通讯口进行通讯的控制方式,减少系统布线,降低故障率,使监控的过程控制量更加广泛。
比较如下图。
传统课程采用的控制方式(图1)
开发的课程采用的控制方式(图2)
(一)三菱FX3U系列PLC与三菱A700系列变频器的RS485通讯
三菱FX3UPLC与三菱A700变频器采用RS485无协议通讯。
PLC则需安装FX3U-485-DB模块。
接好通讯线后,设置变频器参数为RS485通讯,PLC中设置成RS485通讯,然后设计编辑程序,下载运行。
1.三菱FX3U系列PLC与三菱A700系列变频器的RS485接线
采用RS485三线式接法(包含地线),其中,发送、接收共用一条连线。
接线安装如下图(图3)。
2.变频器设置
设置参数前先将变频器进行复位,然后再设置变频器的参数。
先设置变频器所带电动机的参数(电动机的参数根据实际设置),再设置变频器的通讯参数及控制方式。
通讯部分的具体参数设置如下表。
设置完以上参数后,变频器重新上电,按面板切换到PU模式,这时候即可以用PLC通过RS-485通讯控制变频器。
3.PLC设置
新建工程时选择实际通讯所用的PLC型号FX3U,双击“PLC参数”,在出来的窗口中做如下设置(图4)。
4.设计程序
设计程序,使PLC能够控制变频器的正反转、高低速切换,并能把变频器的工作状态反馈到PLC端(本程序监控变频器的输出频率、输出电流),从而可以在计算机监控界面中进行监控。
程序如下(图5)。
(二)西门子S7-200系列PLC与三菱A700系列变频器的MODBUS通讯
西门子S7-200系列PLC最近几年出厂的产品都带有Port0口Port1口,我们利用Port0口对PLC进行编程及监控,利用Port1口作为与变频器的通讯口,与变频器的RS485口接连,用MODBUS协议进行通讯。
1.PLC与变频器的连接
本课程用西门子S7-200PLC的Prot0口作为编程口,使用PLC的PPI和计算机通讯;用S7-200PLC的Prot1口作为MODBUS通讯口,S7-200PLC为MODBUS主站,三菱A700变频器为MODBUS从站。
通讯线路接线如下图(图6)。
2.变频器的设置
变频器通讯部分的参数设置如下表。
设置完以上参数后,变频器重新上电,按面板切换到NET网络模式,这个时候可以用PLC通过RS-485用MODBUS通讯协议控制变频器。
3.MODBUS地址对应关系
本例程程序中S7-200PLC与A700变频器地址对应关系如下图(图7)。
4.程序设计
S7-200PLC与变频器采用485通讯时,读和写是采用轮询的方式通讯(即读的时候不写,写的时候不读,同一时刻只能读或者写),控制程序如下(图8)。
通过以上程序,当把变频器的控制字传输到PLC的VW100,把变频器的给定频率传输到PLC的VW110时,即可控制变频器的运行。
读取PLC中VW200~VW210的数据,即可监控变频器及电动机的运行情况。
(三)西门子S7-200系列PLC与西门子MM440变频器的USS通讯
西门子S7-200的PLC与西门子MM440变频器通过RS485口用西门子的专用协议USS协议进行通讯,这种技术应用在小型自动控制系统中。
因为USS协议采用轮询方式通讯,所以PLC所带的变频器不能太多,否则会因为超时而造成通讯失败。
另外,采用MM440的RS485接口(即端子板上的29和30脚)通讯时,变频器上不能安装PROFIBUS-DP通讯板。
1.通讯接线
用S7-200PLC的Port1口带5台MM440,用USS进行通讯控制,所以要把PLC的Port1口的3脚、8脚及DB9接口的外壳引出线分别接各变频器的29,30,28脚。
如下图(图9)。
2.变频器参数设置
P0700=5控制由USS控制
P1000=5频率由USS控制
P1120=2秒加速时间设置成2秒,根据实际情况设置
P1121=2秒减速时间设置成2秒,根据实际情况设置
P2009=0设置USS规格化
P2010=6RS485通讯设置成9600波特率
P2011=0变频器号(USS地址),其它的变频器分别设
置成1,2,3,5号
3.控制程序
由于本例采用PLC的Port1口进行USS通讯,所以通讯程序块选择库里USSProtocolPort1下的程序块。
在设计程序过程中,激活变频器地址的设置若是采用十进制或者十六进制较容易搞错,应该采用二进制的数据。
在二进制的数据中,每一位代表一台变频器,若该位为1则表示该变频器激活、若该位为0则表示该变频器没有激活,如下图10中所示。
以下程序中,PLC运行,则SM0.0一直接通,执行USSCTRL指令(每台变频器要执行一个USSCTRL)。
只要I0.0接通,则0号变频器运行;I0.1接通,变频器按自由惯性停车;I0.2接通,变频器快速停车;I0.3接通,变频器故障复位;I0.4接通,变频器输出所带电机反转;要控制变频器的转速,则将速度传输到VD10中(见图11)。
其它站号的变频器控制与以上类似,每台变频器要执行一个USSCTRL程序块。
(四)西门子S7-300/400系列PLC与西门子MM440、6SE70变频器的PROFIBUS-DP通讯
PROFIBUS-DP通讯为西门子公司创立的现场总线控制技术,其通讯速率快、传输距离远,目前以此作为国际通用标准。
变频器要采用PROFIBUS-DP通讯必须安装PROFIBUS-DP通讯模板,用专用的PROFIBUS-DP通讯电缆及接头与PLC进行连接。
1.变频器参数的设置
(1)MM440变频器参数的设置
P0010=1启用快速调试方式
P0304=380V设置电动机额定电压
P0305=1.8A设置电动机额定电流
P0307=0.5KW设置电动机额定功率
P0700=6控制信号由PROFIBUS-DP提供
P1000=6频率由PROFIBUS-DP提供
P1120=5S加速时间
P1121=5S减速时间
P0918=3设置变频器DP地址
(2)6SE70变频器参数的设置
P368=6由PROFIBUS-DP控制
P370=1启动简单应用的参数设置
P53=FF参数化的接口
P734.1=32PZD1反馈状态字
P734.2=148PZD2反馈频率
P734.3=22PZD3反馈电流
P60=5进入系统设置菜单
P918.01=4PROFIBUS-DP地址
2.程序设计
以MM440为例说明。
(1)硬件组态(见图12)。
展开硬件信息栏的“PROFIBUS-DP”—“SIMOVERT”,先点击PROFIBUS-DP网络,再双击“PROFIBUS-DP”—“SIMOVERT”栏下的“MICROMASTER4”选项挂载MM440变频器,然后再选择该选项栏下的“PPO1:
4PKW/2PZD”选项。
(2)程序块的调用及设置。
展开“程序元素”栏的“库”——“StandardLibrary”—“SystemFunctionBlocks”,在该栏目下找到读取DP从站的指令SFC14及写DP从站的指令SFC15,将这两个程序块放入程序中,如图13所示。
关于上图的程序解释如下,把变频器上地址为十六进制的108(即十进制的264)开始的两个字的过程控制的数据读取到PLC,并存放到PLC上以地址DB1.DBX8.0开始的四个字节中(即存放到DB1.DBW8和DB1.DBW10中),同时,把存放在以地址DB1.DBX20.0开始的四个字节中的数据写入到变频器中,如图14所示。
再在后续的程序中完成变频器控制字及运行频率的传送,即可完成变频器的控制,再把从变频器读回的数据进行计算,可得到变频器的运行频率。
(五)课时分配
由于该课程是在学习了PLC基础知识及变频器基础知识后学习的,所以相应课时可以安排较少,建议以51课时为宜。
其中三菱FX3UPLC与三菱A700变频器通讯安排12个课时,西门子S7-200PLC与三菱A700变频器通讯安排9个课时,西门子S7-200PLC与西门子MM440变频器通讯安排12个课时,西门子S7-300/400PLC与西门子MM440、6SE70变频器的PROFIBUS-DP通讯安排18个课时。
由于学生的实践经验较少,理解能力欠缺,作为在校学生的教学课时可以适当延长。
三、课程的应用及效果
该课程在本校2008高电班、2008电技师班、2009高电班试运行。
同学们的学习热情比较高,觉得能用计算机通过PLC控制变频器带动电动机运行并能把变频器的状态、电流、频率显示在计算机中感到非常神奇,纷纷为能学习到一门现代工业自动控制技术而激动不已,教学效果显著。
该课程也应用在2009~2014年的柳钢职工培训中,参加培训的职工反映,该课程实用,所学知识、技能能运用在生产工作中。
该课程经过几年的试运行,证明实用性很强,满足了企业员工对新技术培训的需求,适合在职业教育中作为工业自动控制内容之一使用。
【参考文献】
[1]三菱公司.A700使用手册(应用篇)[Z],2005.12
[2]西门子(中国)有限公司自动化与驱动集团.MM440使用大全[Z],2003.12
[3]罗红福,等.PROFIBUS-DP现场总线工程应用实例解析[M].北京:
中国电力出版社,2008.10
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