摘要：本文將SIEMENS公司的S7-200 PLC和變頻器應(yīng)用于閉環(huán)定位控制系統(tǒng)的自動控制中，通過基于USS協(xié)議的RS485總線進(jìn)行組網(wǎng)，進(jìn)行PLC和變頻器對電機(jī)的控制，其中PLC和變頻器之間的通信設(shè)計(jì)為關(guān)鍵。

　　可以應(yīng)用于多個自動化控制系統(tǒng)中，大大節(jié)約了項(xiàng)目的開發(fā)時間和成本，在實(shí)際應(yīng)用中取得了良好的效果。

　　0 引言

　　隨著電力電子技術(shù)以及控制技術(shù)的發(fā)展，交流變頻調(diào)速在工業(yè)電機(jī)拖動領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用；可編程控制器PLC作為替代繼電器的新型控制裝置，簡單可靠，操作方便、通用靈活、體積小、使用壽命長且功能強(qiáng)大、容易使用、可靠性高，常常被用于現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集和設(shè)備的控制；在此，本次設(shè)計(jì)就是基于S7-200PLC的USS通信方式的速度閉環(huán)定位控制。

　　將現(xiàn)在應(yīng)用廣泛的PLC和變頻器綜合起來通過USS協(xié)議網(wǎng)絡(luò)控制實(shí)現(xiàn)速度閉環(huán)定位控制。PLC根據(jù)輸入端的控制信號及脈沖信號，經(jīng)過程序運(yùn)算后由通訊端口控制變頻器運(yùn)行設(shè)定的行程；電機(jī)運(yùn)行到減速值后開始減速；電機(jī)運(yùn)行到設(shè)定值后停止運(yùn)行并鎖定。因此，該系統(tǒng)必須具備以下三個主體部分：控制運(yùn)算部分、執(zhí)行和反饋部分?？刂七\(yùn)算主要由PLC和變頻器來完成；執(zhí)行元件為變頻器和電機(jī)；反饋部分主要為速度反饋。

　　S7-200 PLC通過USS協(xié)議網(wǎng)絡(luò)控制Micro-Master MM420變頻器，控制電動機(jī)的啟動、制動停和定位控制，并能夠通過PLC讀取變頻器參數(shù)、設(shè)置變頻器參數(shù)。

　　1.系統(tǒng)設(shè)計(jì)的總體思路

　　系統(tǒng)主要由三個部分構(gòu)成，即可編程邏輯控制器件PLC、變頻器和電機(jī)。首先通過設(shè)置給定輸入給PLC,再通過PLC控制變頻器，再經(jīng)由變頻器來控制電機(jī)，隨后將電機(jī)的轉(zhuǎn)速反饋給PLC,經(jīng)比較后輸出給變頻器從而實(shí)現(xiàn)無靜差調(diào)速。構(gòu)成閉環(huán)系統(tǒng)就要把速度信息反饋給輸入。速度的測量可以通過光電編碼器和PLC來實(shí)現(xiàn)。

　　速度采集：S7-200具有高速脈沖采集功能，采集頻率可以達(dá)到30KHz,共有6個高速計(jì)數(shù)器（HSC0~HSC5）工作模式有12種。在固定時間間隔內(nèi)采集脈沖差值，通過計(jì)算既可以獲得電動機(jī)的當(dāng)前轉(zhuǎn)速。

　　例如：設(shè)采樣周期為100ms即是每隔100ms采集脈沖，光電開關(guān)每轉(zhuǎn)發(fā)出8個脈沖，那么就可以得到速度為：

　　其中Δm為采樣周期內(nèi)接受到的脈沖數(shù)。

　　轉(zhuǎn)速n的單位為r /min.

　　閉環(huán)控制就是將速度信號反饋給PLC,再通過與給定量比較，輸出給PID控制部分，從而調(diào)節(jié)速度使其能達(dá)到設(shè)定要求。具體如圖1所示。

　　2.系統(tǒng)硬件接線與變頻器的參數(shù)設(shè)置

　　西門子S7-200和MicroMaster變頻器之間采用通訊協(xié)議USS,用戶可通過程序調(diào)用的方式實(shí)現(xiàn)通信，編程的工作量小，是一種費(fèi)用低使用方便的通訊方式。S7-200 CPU的通信端口的規(guī)格是RS 485,因此將S7-200的通信端口與驅(qū)動裝置的RS485端口連接，在RS485網(wǎng)絡(luò)上實(shí)現(xiàn)USS通信無疑是方便經(jīng)濟(jì)的。

　　系統(tǒng)硬件接線圖如圖2所示，將MM440的通信端子為P+（29）和N-（30）分別接至S7-200通信口的3號與8號針，以建立S7-200與MM420變頻器的USS通信硬件連接。其中，I0.1為脈沖輸入，I0.2為啟動開關(guān)。

　　總線連成后，除在上位機(jī)進(jìn)行編程外，還要在變頻器上進(jìn)行各參數(shù)設(shè)置，主要如表1:

　　3.軟件設(shè)計(jì)

　　應(yīng)用S7-200PLC和變頻器通過USS協(xié)議網(wǎng)絡(luò)控制實(shí)現(xiàn)速度閉環(huán)定位控制。要求PLC根據(jù)輸入端的控制信號及脈沖信號，經(jīng)過程序運(yùn)算后由通訊端口控制變頻器運(yùn)行設(shè)定的行程；電機(jī)運(yùn)行到減速值后開始減速；電機(jī)運(yùn)行到設(shè)定值后停止運(yùn)行并鎖定。系統(tǒng)軟件程序流程圖設(shè)計(jì)如圖3所示。

　　USS協(xié)議對硬件設(shè)備要求低，減少了設(shè)備之間布線的數(shù)量。無需重新布線就可以改變控制功能?？赏ㄟ^串行接口設(shè)置來修改變頻器的參數(shù)?？蛇B續(xù)對變頻器的特性進(jìn)行監(jiān)測和控制。利用S7-200 CPU組成USS通信的控制網(wǎng)絡(luò)具有較高的性價比。西門子S7-200和MicroMaster變頻器之間采用通訊協(xié)議USS,用戶可通過程序調(diào)用的方式實(shí)現(xiàn)通信，編程的工作量小，是一種費(fèi)用低使用方便的通訊方式。本系統(tǒng)USS協(xié)議通信部分程序梯形圖如圖4所示。

　　4.結(jié)語

　　本項(xiàng)目運(yùn)行效果：PLC根據(jù)輸入端的控制信號及脈沖信號，經(jīng)過程序運(yùn)算后由通訊端口控制變頻器運(yùn)行設(shè)定的行程；電機(jī)運(yùn)行到減速值后開始減速；電機(jī)運(yùn)行到設(shè)定值后停止運(yùn)行并鎖定，實(shí)現(xiàn)了速度的閉環(huán)定位自動控制。

　　實(shí)踐證明：西門子變頻器與PLC通過USS協(xié)議進(jìn)行串行通訊，無須購置附件進(jìn)行系統(tǒng)組態(tài)，直接對其組網(wǎng)監(jiān)控，進(jìn)行電機(jī)閉環(huán)調(diào)速，是一種低成本、高性能的好途徑，這種設(shè)計(jì)方法具有較大的推廣意義。（作者：張紅霞，劉義才）