【正文】 （ 2。上位 CP 接受 PLC 采集的信息，對監(jiān)控對象進(jìn)行故障報(bào)警以及參數(shù)顯示 :可以修改和監(jiān)視 PLC 內(nèi)的控制程序的運(yùn)行，可以調(diào)節(jié)和修改變頻器的參數(shù)，也可以控制現(xiàn)場的每一臺電動機(jī)。 為了保證系統(tǒng)的 可靠性，采用較高性能的 PLC：西門子 S7200，由于電機(jī)的控制不算復(fù)雜，選用 ABB 公司的 ACS550 系列變頻器可以滿足電機(jī)的控制要求，并且更加經(jīng)濟(jì)，性價(jià)比較高。它通過接受 PLC 的信號控制電機(jī)轉(zhuǎn)速大小，并且向 PLC 反饋?zhàn)陨淼墓ぷ鳡顟B(tài)信號，當(dāng)發(fā)生故障時(shí)，能夠向 LPC 及上位機(jī)發(fā)出報(bào)警信號。通過 PLC 輸出的模擬量信號作為變頻器的控制端輸入信號，由總線 Modbus 作為信號的傳輸通道，完成對電動機(jī)的自動控制。 現(xiàn)場操作面板把控制電動機(jī)的指令通過總線傳到配電室的 PLC，通過 PLC 內(nèi)的設(shè)定程序，通過 Modbus 總線對現(xiàn)場的電機(jī)進(jìn)行相應(yīng)的控制，現(xiàn)場的電機(jī)通過變頻器的參數(shù)設(shè)定進(jìn)行自動調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場的電動機(jī)的自動控制。 圖 51 PLC 單機(jī)系統(tǒng) 圖 52 PLC 集中控制系統(tǒng) 由于本系統(tǒng)現(xiàn)場只有九臺電機(jī)，可以使用一臺 PLC 進(jìn)行多個(gè)對象的控制，另外，為了現(xiàn)場操作人員的直觀方便的使用，需要給予現(xiàn)場操作的人機(jī) 界面，同時(shí)為了工程師修改、調(diào)試和監(jiān)控程序運(yùn)行的需要，設(shè)置了上位機(jī)，這里我們不給予介紹。 網(wǎng)絡(luò) 14:將 VB108 中的數(shù)放入 VB112 中，再將 VB107 中的數(shù)放入 VB108 中 ，最后將VB112 中的數(shù)放入 VB107 中，即將 VD107 中數(shù)的高 8 位和低 8位交換。 網(wǎng)絡(luò) 12:將 VB109 中的數(shù)減 1。 網(wǎng)絡(luò) 10:程序跳至標(biāo)志 0 處，直到 VB111 中的數(shù)減至 0時(shí)，才往下執(zhí)行。 網(wǎng)絡(luò) 8:當(dāng)位 為 1時(shí)，即若向右（標(biāo)記位）移出的數(shù)位是 1 時(shí)，則將 VW107 中的數(shù)與 16A001 異或，再放入 VW107 中。 網(wǎng)絡(luò) 6:當(dāng)位 為 1 時(shí)，將位 置 1。將數(shù) 8 放入寄存器 VB111 中。 網(wǎng)絡(luò) 3:置標(biāo)志位 1。 下圖為 Modbus CRC 校驗(yàn)程序： 陜西科技大學(xué)畢業(yè)論文 （設(shè)計(jì)說明書） 24 S7200PLC 在紙機(jī)傳動中的應(yīng)用 25 圖 41 CRC 校驗(yàn)子程序 程序說明如下： 網(wǎng)絡(luò) 1:將 16FFFF 放入寄存器 VW107，同時(shí)將 6 放入寄存器 VB109 中。 ⑦重復(fù)③ —— ⑥，直至該報(bào)文所有字節(jié)均與 16位寄存器進(jìn)行“異或”運(yùn)算，并移位 8次。 ⑤重復(fù)③和④，直至移出 8位。 ③把這個(gè) 16寄存器向右移一位。 ②該 16位寄存器的高位字節(jié)與開始 8位字節(jié)進(jìn)行“異或”運(yùn)算。接收設(shè)備重新計(jì)算收到消息的 CRC，并與接收到的 CRC 域中的值比較，如果兩值不同，則有誤。 CRC 域是兩個(gè)字節(jié)，包含一 16 位的二進(jìn)制值。 使用 RTU 模式，消息包括了一基于 CRC 方法的錯(cuò)誤檢測域。發(fā)往不存 在的從設(shè)備的地址也會產(chǎn)生超時(shí)。如果從設(shè)備測到一傳輸錯(cuò)誤，消息將不會接收，也不會向主設(shè)備作出回應(yīng)。它們都是在消息發(fā)送前由主設(shè)備產(chǎn)生的，從設(shè)備在接收過程中檢測每個(gè)字符和整個(gè)消息幀。 Modbus 錯(cuò)誤檢測方法 標(biāo)準(zhǔn)的 Modbus 串行網(wǎng)絡(luò)采用兩種錯(cuò)誤檢測方法。 CRC 域附加在消息的最后，添加 時(shí)先是低字節(jié)然后是高字節(jié)。 當(dāng)選用 RTU模式作字符幀，錯(cuò)誤檢測域包含一 16Bits值 (用兩個(gè) 8位的字符來實(shí)現(xiàn) )。 （ 4）錯(cuò)誤檢測域 標(biāo)準(zhǔn)的 Modbus 網(wǎng)絡(luò)有兩種錯(cuò)誤檢測方法。例如，對于主機(jī)的查詢，從機(jī)以通訊事件的記錄（功能編碼為 0B，十六進(jìn)制）作響應(yīng)從機(jī)不需要任何附加信息，陜西科技大學(xué)畢業(yè)論文 （設(shè)計(jì)說明書） 22 ACS140/ACS400 不支持功能編碼 0B（十六進(jìn)制）。 如果沒有發(fā)生什么錯(cuò)誤，從機(jī)在響應(yīng)的數(shù)據(jù)域中包括了要求的數(shù)據(jù)，如果錯(cuò)誤發(fā)生，數(shù)據(jù)區(qū)中將包括例外情況編碼，主機(jī)能夠根據(jù)這一編碼決定下一步的行動。 主機(jī)發(fā)給從機(jī)的數(shù)據(jù)域中包括了從機(jī)完成功能域的動作時(shí)必需的附加信息， 可能包括這樣一些項(xiàng)目，如：數(shù)字寄存器和保持寄存器地址、將要處理的項(xiàng)目數(shù)量和實(shí)際的數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)。一般的處理方法是：發(fā)出重復(fù)信息，實(shí)驗(yàn)從機(jī)對診斷信息的反應(yīng)，或者提示操作人員。例如主機(jī)發(fā)送到從機(jī)的從機(jī)的一條信息是要讀一組保持寄存器，功能編碼可能如下： 0000 0011 （十六進(jìn)制 03） 如果從機(jī)準(zhǔn)確無誤的執(zhí)行了所要求的動作，返回主機(jī)的功能編碼相同，如果例外情況發(fā)生 ，從機(jī)返回的功能編碼是： 1000 0011 （十六進(jìn)制 83） 除此之外，從機(jī)還在返回的數(shù)據(jù)域設(shè)置了一個(gè)特殊代碼，告訴從機(jī)發(fā)生了什么樣的錯(cuò)誤，或者發(fā)生例外情況的原因是什么。示例是讀一組輸出數(shù)據(jù)。ACS140/ACS400 變頻器支持 6和 16 形式的編碼（十六進(jìn)制為 0*0 0*06 和 0*10）。有效碼為 1255（十進(jìn)制）。下圖是一幀信息的標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)。 同樣地，如果一幀新信息的開始與前一信息的間隔小于 個(gè)字符時(shí)間，接收設(shè)備將認(rèn)為它是前一信息的繼續(xù)。 整幀的信息必須以一個(gè)連續(xù)的數(shù)據(jù)流進(jìn)行傳輸。 隨著最后一個(gè)字符傳輸結(jié)束，又有一段類似的 個(gè)字符的間隔時(shí)間，用來標(biāo)志本次的信息傳輸已經(jīng)結(jié)束。網(wǎng)絡(luò)設(shè)備始終監(jiān)視著通訊總線的活動，即使在靜默間隔時(shí)間內(nèi)。緊接著傳送第一個(gè)域：設(shè)備地址。 其中在 RTU 模式中，新的信息總是以至少 個(gè)字符的靜默時(shí)間開始。 RTU 模式中每個(gè)字節(jié)的格式是： 陜西科技大學(xué)畢業(yè)論文 （設(shè)計(jì)說明書） 20 編碼系統(tǒng)： 8位二進(jìn)制，十六進(jìn)制 09， AF 每個(gè) 8 位的信息域中包含 2個(gè)十六進(jìn)制字符 字節(jié)的位： 1個(gè)開始位 8個(gè)數(shù)據(jù)位，首先發(fā)送最低位 1個(gè)位用于奇偶校驗(yàn)；無校驗(yàn)時(shí)沒有這一位 1個(gè)停止位（有校驗(yàn)時(shí)）； 2個(gè)停止位（無校 驗(yàn)時(shí)） 錯(cuò)誤校驗(yàn)區(qū)： 循環(huán)冗余校驗(yàn)（ CRC） Modbus 消息幀 消息幀的組成 兩種傳輸模式中（ ASCII 或 RTU），傳輸設(shè)備以將 Modbus 消息轉(zhuǎn)為有起點(diǎn)和終點(diǎn)的幀，這就允許接收的設(shè)備在消息起始處開始工作，讀地址分配信息，判斷哪一個(gè)設(shè)備被選中（廣播方式則傳給所有設(shè)備），判知何時(shí)信息已完成。這種方式的最大好處就是字符的密度可以更高，相同波特率的數(shù)據(jù)流量比 ASCII 模式更大。在其它網(wǎng)絡(luò)上（像 MAP和 Modbus Plus） Modbus 消息被轉(zhuǎn)成與串行傳輸無關(guān)的幀。用戶選擇想要的模式，包括串口通信參數(shù)（波特率、校驗(yàn)方式等），在配置每個(gè)控制器的時(shí)候，在一個(gè) Modbus 網(wǎng)絡(luò)上的所有設(shè)備都必須選擇相同的傳輸模式和串口參數(shù) ,這里我們只介紹 RTU 模式。錯(cuò)誤校驗(yàn)域允許主機(jī)確認(rèn)信息內(nèi)容是否有效。 （ b）響應(yīng) 正常情況下，從機(jī)響應(yīng)的功能代碼與查詢的功能代碼相對應(yīng)，數(shù)據(jù)區(qū)包含從機(jī)根據(jù)查詢要求收集到的數(shù)據(jù)，如寄存器的值或狀態(tài)等。數(shù)據(jù)段必須包含要告之從設(shè)備的信息：從何寄存器開始讀及要讀的寄存器數(shù)量。數(shù)據(jù)段包含了從設(shè)備要執(zhí)行功能的任何附加信息。同樣，當(dāng)控制器接收到一消息，它將建立一從設(shè)備回應(yīng)格式并返 回給發(fā)送的控制器。 在消息位， Modbus 協(xié)議仍提供了主 — 從原則，盡管網(wǎng)絡(luò)通信方法是“對等”。這樣在單獨(dú)的通信過程中，控制器既可作為主設(shè)備也可作為從設(shè)備。如果在消息接收過程中發(fā)生一錯(cuò)誤，或從設(shè)備不能執(zhí)行其命令，從設(shè)備將建立一錯(cuò)誤消息并把它作為回應(yīng)發(fā)送出去。 Modbus 協(xié)議建立了主設(shè)備查詢的格式：設(shè)備（或廣播）地址、功能代碼、所有要發(fā)送的數(shù)據(jù)、一錯(cuò)誤檢測域。 主設(shè)備可單獨(dú)和從設(shè)備通信，也能以廣播方式和所有從設(shè)備通信。典型的主設(shè)備：主機(jī)和可編程儀表。 控制器通信使 用主 — 從技術(shù)，即僅有一個(gè)設(shè)備（主設(shè)備）能初始化傳輸（查詢）。它定義了插頭外型、接線管腳、信號等級、傳輸波特率和奇偶校驗(yàn)等?？刂破髂苤苯踊蚪?jīng)由 Modem 組網(wǎng)。這種轉(zhuǎn)換也擴(kuò)展了根據(jù)具體的網(wǎng)絡(luò)解決節(jié)地址、路由路徑及錯(cuò)誤檢測的方法。如果需要回應(yīng)，控制器將生成反饋信息并用 Modbus 協(xié)議發(fā)出。它制定了消息域格局和內(nèi)容的公共格式。此協(xié)議定義了一個(gè)控制器能認(rèn)識使用的消息結(jié)構(gòu) ,而不管它們是經(jīng)過何種網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信的。有了它，不同廠商生產(chǎn)的控制設(shè)備可以連成工業(yè)網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)行集中監(jiān)控。通過此協(xié)議，控制器相互之間、控制器經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)（例如以太網(wǎng)）和其它設(shè)備之間可以通信。 陜西科技大學(xué)畢業(yè)論文 （設(shè)計(jì)說明書） 18 第四章 通信協(xié)議 Modbus 協(xié)議概述 Modbus 就是工業(yè)控制器的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議中的一種。 （ 3）建立速度給定值鏈 在各個(gè)變頻器之間建立裝置對裝置通訊過程，通過此方式能夠?qū)⑺俣冉o定值用數(shù)字量迅速而準(zhǔn)確地 傳遞給第一個(gè)變頻器，消除模擬信號傳遞中由于線路損耗、干擾等帶來S7200PLC 在紙機(jī)傳動中的應(yīng)用 17 的信號漂移、干擾所帶來的不利影響。 （ 2）提高系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng) 所有變頻器都采用光電編碼器的反饋方式，通過矢量運(yùn)算，它能夠確定和控制轉(zhuǎn)矩和磁通的電流分量，獲得同直流傳動相媲美的動態(tài)特性。這種同步，不僅僅是穩(wěn)速運(yùn)行時(shí)需要同步，而且在加減速的動態(tài)過程中也需要保證線速度的一致。 。 位 CUP 全數(shù)字控制，組態(tài)功能豐富。 ，提供有關(guān)故障原因的補(bǔ)充信息，使故障排除更為簡單，維護(hù)方便。 ，運(yùn)行可靠，不受元器件老化和溫度漂移的影響，能長期保持穩(wěn)定的控制精度。整個(gè)變頻器的結(jié)構(gòu)非常緊湊，主板及擴(kuò)展板都有是通過總線插槽連接，各組件接近，便于維修。 ABB 公司的 ACS550 變頻器性能介紹 （ 1）功能特點(diǎn) : ，比通用型產(chǎn)品更適合于環(huán)境惡劣的工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場 。完善的保護(hù)功能 :變頻器保護(hù)功能很強(qiáng)，在運(yùn)行過程中能隨時(shí)檢測到各種故障，并顯示故障類別 (如電網(wǎng)瞬時(shí)電壓降低，電網(wǎng)缺相，直流過電壓，功率模塊過熱，電機(jī)短路等 )，并立即封鎖輸出電壓。電機(jī)在帶動較大負(fù)載在啟動時(shí)，會 有較大的沖擊電流，采用變頻器時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)軟啟動，減小沖擊電流，解決大負(fù)載的啟動問題。 陜西科技大學(xué)畢業(yè)論文 （設(shè)計(jì)說明書） 16 變頻調(diào)速的優(yōu)點(diǎn) 利用變頻器對交流電動機(jī)進(jìn)行調(diào)速控制，有許多優(yōu)點(diǎn)，如節(jié)電、容易實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)有電動機(jī)的調(diào)速控制、可以實(shí)現(xiàn)大范圍內(nèi)的高效連續(xù)調(diào)速控制、實(shí)現(xiàn)速度的精確控制。 由公式可知，只要控制好 E1 和 f1，便可以控制磁通 m? 不變。 K? 基波繞組因數(shù) 。 f1定子頻率 。對于直流電機(jī)來說，勵(lì)磁系統(tǒng)是獨(dú)立的，所以只要對電樞反應(yīng)的補(bǔ)償合適。從某種意義上說，變頻器就是一個(gè)可以任意改變頻率的交流 在電動機(jī)調(diào)速時(shí)，一個(gè)重要的因素是希望保持每極磁通量適中。 異步電動機(jī)定子磁場的轉(zhuǎn)速被稱為異步電動機(jī)的同步轉(zhuǎn)速，其同步轉(zhuǎn)速由電動機(jī)的磁極個(gè)數(shù)和電源頻率所決定 : 0n =60f/p 公式 (31) 0n 電機(jī)同步轉(zhuǎn)速 f供電電源頻率 (Hz) p電機(jī)定子磁極對數(shù) 異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)速總是小于其同步轉(zhuǎn)速，異步電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速可由下式給出 n= 0n (1s)=60f(1s)/p 公式 (32) 式中 : n電機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速 s轉(zhuǎn)差率 (同步電動機(jī)時(shí)， s=0) 由式 (2)可知，改變參數(shù) f， s 中的任意一個(gè)就可以改變電動機(jī)的轉(zhuǎn)速，異步電動機(jī)進(jìn)行調(diào)速控制。當(dāng)將三相異步電動機(jī)繞組的任意兩相進(jìn)行交換時(shí)，所產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場的方向?qū)l(fā)生改變。 變頻調(diào)速的基本原理 當(dāng)在一臺三相異步電動機(jī)的定子繞組上加上三相交流電壓時(shí)，該電壓將產(chǎn)生一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場，其速度由定子電壓的頻率所決定。這里的效果相同，指環(huán)節(jié)的輸出響應(yīng)波形基本S7200PLC 在紙機(jī)傳動中的應(yīng)用 15 相同?？刂扑惴?PWM 控制利用了采樣控制理論中的結(jié)論 :沖量相等而形狀不同的沖加在具有慣性環(huán)節(jié)上時(shí)，其效果基本相同。 圖 33 變頻器的基本