基于ET200的G150變頻器與PLC的自動化控制研究

馬西鋒

摘 要：使用ET200遠程分站實現了PLC對G150變頻器的調速，詳細介紹了PLC中控制字的含義和設置方式，并重點闡述了變頻器參數的調試過程。

關鍵詞：ET200；調速；控制字；參數

隨著工業控制的快速發展，基于變頻器的電氣傳動越來越受到人們的重視，而ET200的使用又解決了遠距離的通信和控制問題，如何快速有效地實現對變頻器調速和控制，已經具有重大的實用意義和理論價值。本文主要探討西門子PLC、ET200以及G150變頻器之間的接線、軟件編程和變頻器參數設置等問題。PLC采用315-2DP，編程軟件版本為STEP7 V5.4 SP3，遠程分站為ET-200M。

1 硬件介紹

1.1 ET200

ET200是西門子生產的用于實現信號的分站采集和傳遞的自動化控制設備。這種遠程I/O分站主要采集鉆臺信號，再通過PROFIBUS DP網絡送給CPU進行數據和信號運算處理。同時執行處理后的數據。基于PROFIBUS-DP 現場總線的分布式I/O。I/O 傳送信號到CPU只需ms 級。只需要很小的空間，能在非常嚴酷的環境（例如酷熱、嚴寒、強壓、潮濕或多粉塵）中使用，其主要應用范圍與特點有：

（1）電機啟動器：異步電機的單向或可逆啟動，7.5kW，最大電流40A，一個站可以帶6 個電機啟動器。

（2）氣動系統：ET 200X 用于閥門控制。

（3）變頻器。

（4）智能傳感器：光電式編碼器或光電開關等與使用ET 200S 進行通信。

（5）安全技術：在冗余設計的容錯控制系統或安全自動化系統中使用。包括緊急斷開開關，安全門的監控以及眾多與安全有關的電路。

1.2 G50變頻器

SINAMICS G150 變頻調速柜是專門為滿足具有恒平方負載特性、性能要求適中而且沒有再生反饋的傳動系統的要求而設計的。其應用領域包括：石油、冶金、煤礦等行業。而在石油行業，它被廣泛應用于轉盤、泥漿泵電機的調速控制。

這種無傳感器矢量控制的精度保證系統可以用于各種各樣的應用場合，因此無需使用附加速度傳感器。SINAMICS G150 考慮到了這一點，從而提供了一種滿足實際要求的低成本傳動系統方案。而且，為保證從規劃與設計直到運行階段都能簡便地掌握傳動系統，充分考慮到了下列因素，包括：

· 便于維護的緊湊型模塊式結構設計

· 簡單易懂的規劃與設計

· 隨時可以連接以簡化安裝過程

· 采用菜單驅動的快速調試，無需進行復雜的參數設置

· 通過用戶友好圖形操作面板，采用明文顯示或準模擬狀態條顯示的測量值，實現清楚簡便的操作。

1.3 PLC

PLC即可編程控制器（Programmable logic Controller） PLC是一種專門為在工業環境下應用而設計的數字運算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲器，用來在其內部存儲執行邏輯運算、順序運算、計時、計數和算術運算等操作的指令，并能通過數字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產過程。PLC及其有關的外圍設備都應該按易于與工業控制系統形成一個整體，易于擴展其功能的原則而設計。

PLC 控制系統對于鉆機來說；就是鉆機模塊的大腦和神經。廣義上的PLC系統就是指鉆機模塊的控制系統。操作人員通過PLC系統來實時地控制和檢測鉆機模塊的動作和狀態。

PLC控制系統在鉆機應用的優點 ：

·控制精度高，動作相應快

·整個電控系統的連鎖、保護性能強

·高安全性能，事故、故障的預報警

·鉆修數據的可視、查詢、存儲性能

2 設備連接

為了實現PLC通過ET200對G150變頻器的調速，使用Profibus-DP線將它們連接在一起，從而實現了三者之間的數據交換。DP頭各自插在每個設備的9針通信接口上，其中插在PLC與變頻器接口上的DP頭需連終端電阻，即終端開關要撥到on的位置，而連接在ET200上的DP頭開關位置撥到off即可。設備硬件連接圖如下圖1所示。

3 PLC硬件組態與編程

3.1 PLC硬件組態

1.在STEP7編程軟件中新建一項目，命名為變頻器調試。插入一個300站點并開始硬件組態。在硬件組態對話框中插入一個機架，在機架中按照實際硬件位置組態各個插槽。模塊組態完畢就可以組態DP從站了。在網絡中，ET200與變頻器作為PLC的從站都有自身的從站地址。在剛組態好的機架中雙擊DP一欄，在出現的對話框中點擊屬性，之后在屬性對話框中設置PLC的站地址，在這里設為2即可，點擊新建按鈕建立DP網絡，之后把ET200添加到該網絡中。

2.單擊新建的DP線，在右邊窗口中選擇PROFIBUS-DP，打開并添加與實際訂貨號一致的ET200M模塊，在出現的對話框中設置它的站地址，例如站地址為3，注意不要和網絡中其它設備的站地址相沖突，并且要與實際硬件中的地址撥碼開關相一致。否則以實際硬件為準。

3.單擊剛才添加的ET200M模塊，在下方出現的機架欄中組態與實際元件一致的各個SM模塊。

4.添加G150變頻器。按照添加ET200M的方法在右邊樹形窗口中添加G150變頻器，并設置站地址為4，注意這要與變頻器中實際地址撥碼開關相一致。

完成上述4個步驟之后，PLC的硬件組態就完成了，接下來就要進行軟件編程。

3.2 PLC軟件編程

在變頻器的調速程序中，數據的發送與接收是靠SFC14和SFC15兩個系統功能來完成的。其各個程序結構及含義注釋如下。

系統功能SFC15：寫DP從站數據，即從PLC寫數據到變頻器。

LADDR：變頻器中存放來自外部數據的地址，數據類型為16進制。

PECORD：PLC內的地址，P#為地址指針，即把PLC中從DB1.DBX0.0開始的4個字節的內容寫入到變頻器中。

RET-VAL：故障反饋值，顯示不同的故障代碼。

系統功能SFC14：讀DP從站數據，即從變頻器中讀出數據到PLC中。

LADDR：變頻器中存放待發出數據的地址，數據類型為16進制。

PECORD：PLC內的地址，P#為地址指針，即把變頻器中讀進來的數據存放在PLC內以DB1.DBX4.0開始的4個字節的存儲空間中。

RET-VAL：故障反饋值，顯示不同的故障代碼。

該條語句的含義是當按下外部啟停按鈕時，電機執行正轉。在變頻器的16位控制字中，每一位都代表不同的含義。例如第0位定義為電機啟停控制位。使該位置1或置0即可控制電機啟動和停止。由于變頻器中控制字的高低字節與PLC編程中的高低字節相反，即變頻器中控制字的最低位對應PLC中的最高位，所以在PLC編程中應使第8位即DB1.DBX1.0置1。

該條語句的含義是給定電機速度，由于寫入到變頻器中的內容是從DB1.DBX0.0開始的4個字節， 前2個字節用于存放控制字，后字節2個用于存放速度值。PIW為ET-200M中模擬量輸入地址。

4 變頻器參數輸入

變頻器上電后，可以進行參數的輸入。在變頻器操作面板AOP30上按MUNE按鍵找到參數設置，之后找到全部DO界面，輸入必要的參數。在輸入各種參數過程中，除了輸入電機銘牌上的幾個電機參數之外，以下幾個參數尤為重要：

P700 電機控制來源，是選擇DP控制還是外部端子控制等。

P918 DP從站地址，范圍為1-126，這要與實際硬件地址設置一致。

P1000 速度給定，使其為1，即Profidrive方式給定。

P1300 運行方式，使其為1，即選擇v/f線性+FCC。

以上步驟完成之后，按下啟動按鈕，電機即可運行，通過調速手輪即可調節電機速度。同理也可對電機的急停、復位、狀態進行設置。設置狀態時要用到控制字和狀態字中的狀態位，這些反映的是當前變頻器的運行與故障和停機狀態。

5 結論

通過對設備硬件的連接、PLC硬件的組態與編程，以及對變頻器控制字的介紹和參數含義的解釋，不但從實際操作的層面講解了變頻器以及ET200與PLC的使用過程，而且實現了PLC通過發送給ET200指令進而控制G150變頻器的自動化過程控制，對于剛接觸或不太熟悉PLC及變頻器的人員，本文具有很好的參考和指導意義。