利用Modbus協(xié)議實(shí)現(xiàn)垂直螺旋卸車機(jī)取料器自動(dòng)調(diào)速方法

楊平

摘 要：垂直螺旋卸車機(jī)集料器速度控制方法，用于垂直螺旋卸車機(jī)集料器運(yùn)行速度受到垂直螺旋卸車機(jī)主螺旋運(yùn)行狀態(tài)限制，從而限制了垂直螺旋卸車機(jī)集料器物料進(jìn)入的多少，解決垂直螺旋卸車機(jī)主螺旋堵料的問題。

關(guān)鍵詞：垂直螺旋卸車機(jī)；編碼器；變頻器；物理層；I/O端子

中圖分類號(hào)：TQ520 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

0.前言

Modbus通信協(xié)議被廣泛應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場控制系統(tǒng)的自動(dòng)化設(shè)備中。S7-200SMART系列PLC是西門子新推出的小型緊湊型可編程控制器，適用于各種自動(dòng)化系統(tǒng)。全新的S7-200SMART擁有兩種不同的CPU模塊，標(biāo)準(zhǔn)型和經(jīng)濟(jì)型。全方位地滿足不同的行業(yè)需求。標(biāo)準(zhǔn)型作為可擴(kuò)展CPU模塊，可滿足對(duì)I/O規(guī)模有較大需求，邏輯控制較為復(fù)雜的應(yīng)用；而經(jīng)濟(jì)型CPU模塊直接通過單機(jī)本體滿足相對(duì)簡單的控制要求。S7-200SMART支持多種通信協(xié)議，Modbus RTU、PPI、USS和用戶自定義的自由口通信協(xié)議。用戶完全可以使用Modbus通信協(xié)議把S7-200SMART和其他設(shè)備連接在一起。

1. Modbus協(xié)議概述

Modbus通信協(xié)議是應(yīng)用于電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)上的一種通用語言。通過此協(xié)議，智能控制器相互之間、智能控制器通過網(wǎng)絡(luò)（例如Internet）和其他設(shè)備之間可以通信。Modbus協(xié)議定義特定的傳輸格式，消息的傳輸方式為異步，并以字節(jié)為單位，主站與從站之間傳遞的信息是11位的字格式。有奇偶校驗(yàn)位、起始位i額、數(shù)據(jù)位、停止位。主站尋址某一個(gè)從站時(shí)，與主站發(fā)送的地址碼相符的從站接收到命令，如果奇偶校驗(yàn)無錯(cuò)誤，則執(zhí)行相應(yīng)的操作，然后把執(zhí)行結(jié)果回送給主站，否則不返回任何信息。

1.1 Modbus協(xié)議分類

Modbus協(xié)議分為：ModBus RTU通信協(xié)議，ModBus ASCII通信協(xié)議，ModBus TCP通信協(xié)議。

1.2 Modbus RTU通信格式

本系統(tǒng)主設(shè)備為S7-200 PLC，從站設(shè)備為兩臺(tái)變頻器。主站以廣播方式和所有從站通信。如果單獨(dú)通信，從站返回一消息作為回應(yīng)，如果是以廣播方式查詢的，則不作任何回應(yīng)。

通信格式為：1個(gè)起始位，8個(gè)數(shù)據(jù)位，無校驗(yàn)位，1個(gè)停止位。波特率：9600。消息發(fā)送至少要以3.5個(gè)字符時(shí)間的停頓間隔作為開始。

2.集料器速度控制

2.1 背景技術(shù)

現(xiàn)在垂直螺旋卸車機(jī)使用的主螺旋電機(jī)、集料器電機(jī)的控制方式為星三角變換啟動(dòng)，兩個(gè)電機(jī)獨(dú)立控制，啟動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量大，對(duì)機(jī)械結(jié)構(gòu)的沖擊大，交流接觸器觸點(diǎn)粘連頻繁，主螺旋機(jī)構(gòu)容易發(fā)生堵料造成主螺旋電機(jī)燒毀。而采用主螺旋電機(jī)、集料器電機(jī)分別用變頻器驅(qū)動(dòng)，并由PLC與變頻器進(jìn)行MODBUS通信，通過主螺旋電機(jī)的電流大小，調(diào)節(jié)集料器電機(jī)的運(yùn)行速度的控制方式，減少了電機(jī)啟動(dòng)對(duì)機(jī)械結(jié)構(gòu)的沖擊，減少故障率，避免了由于主螺旋機(jī)構(gòu)發(fā)生堵料造成主螺旋電機(jī)燒毀，提高了生產(chǎn)效率。

2.2 控制原理

系統(tǒng)機(jī)械結(jié)構(gòu)示意如圖1所示。

電氣系統(tǒng)硬件組成為：PLC西門子S7-200 SMART CPU，變頻器西門子G120系列，觸摸屏威綸EMT3120，編碼器宜科EB100P。

2.3 實(shí)現(xiàn)方法

垂直螺旋卸車機(jī)主螺旋電機(jī)與集料器電機(jī)分別裝有編碼器，并分別通過變頻器進(jìn)行閉環(huán)矢量控制，兩個(gè)變頻器與PLC建立Modbus通信，PLC讀取寫入變頻器參數(shù)，主螺旋電機(jī)的電流大小影響著集料電機(jī)的速度，主螺旋電機(jī)的電流過大達(dá)到上限時(shí)，集料電機(jī)轉(zhuǎn)速降低甚至停止，直到主螺旋電機(jī)的電流恢復(fù)正常，避免了主螺旋機(jī)構(gòu)堵料，甚至燒毀主螺旋電機(jī)，變頻器的狀態(tài)信號(hào)通過PLC的I/O端子進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)控。

2.3.1 通信電纜連接

用電纜將S7-200 Port 1端口與G120的RS485接口相連（注意端口連接規(guī)則：G120的P+對(duì)3、N-對(duì)8）

2.3.2 變頻器參數(shù)設(shè)置

G120可以通過選擇連接宏Cn011實(shí)現(xiàn)Modbus RTU控制，也可以通過直接更改變頻器參數(shù)的方法來實(shí)現(xiàn)。參數(shù)設(shè)置如下所示：

參數(shù)P0700，實(shí)際設(shè)置值5

參數(shù)P1000，實(shí)際設(shè)置值5

參數(shù)P2023，實(shí)際設(shè)置值2

參數(shù)P2010，實(shí)際設(shè)置值6

參數(shù)P2021，實(shí)際設(shè)置值3

參數(shù)P2022，實(shí)際設(shè)置值2000

參數(shù)P2014，實(shí)際設(shè)置值0

2.3.3 PLC程序（圖2）

結(jié)語

綜合以上內(nèi)容，對(duì)Modbus協(xié)議做出了簡單介紹，闡述了西門子S7-200SMART PLC通過RS485物理接口與G120變頻器進(jìn)行通信控制。在程序?qū)嵗幸搀w現(xiàn)了MBUS_CTRL指令和MBUS_MSG指令的應(yīng)用。該方法通過監(jiān)控主螺旋電機(jī)的電流數(shù)值來控制取料器電機(jī)的轉(zhuǎn)速，避免了因物料過多的攝入而導(dǎo)致主螺旋電機(jī)的過載，甚至燒毀，提高了垂直螺旋卸車機(jī)的卸車效率。

參考文獻(xiàn)

[1夏勇. Modbus通信協(xié)議在S7-200通信中的應(yīng)用[J].自動(dòng)化與儀器儀表，2009（1）：1-2.

[2]西門子. S7-200 SMART系列可編程控制器系統(tǒng)手冊[Z].