一種低成本數(shù)字量信號(hào)傳輸方法的應(yīng)用

王 巍，李雷洪，鄒淑華，劉 錚

（萊蕪鋼鐵集團(tuán)有限公司，山東 萊蕪271104）

1 前 言

鋼鐵企業(yè)很多場(chǎng)合采用PLC系統(tǒng)通過通訊方式（如PROFIBUS、PROFINET等通訊協(xié)議）控制變頻器拖動(dòng)電機(jī)運(yùn)行，同時(shí)PLC通過通訊網(wǎng)絡(luò)讀取變頻器的狀態(tài)字、電流、轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩等運(yùn)行數(shù)據(jù)。通常為了減小諧波干擾，PLC控制柜與變頻傳動(dòng)柜安裝距離較遠(yuǎn)，以往變頻柜中的許多數(shù)字量信號(hào)大都通過硬接線方式接入PLC的數(shù)字量輸入模板（如變頻器主電源斷路器已合閘、控制電源斷路器已合閘等），如果西門子SINAMICS變頻器與PLC系統(tǒng)之間采用通訊控制方式，這種直接將數(shù)字量信號(hào)接入PLC數(shù)字量輸入模板的信號(hào)傳輸方式就并不適用。不但增加信號(hào)電纜、PLC數(shù)字量模板、施工及維護(hù)成本，而且設(shè)備故障點(diǎn)較多可靠性較差。充分利用現(xiàn)有變頻器和PLC系統(tǒng)之間的通訊網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)低成本信號(hào)傳輸，可以節(jié)約硬件投資、施工及維護(hù)成本，同時(shí)顯著提高設(shè)備運(yùn)行可靠性，本文主要就此種方法進(jìn)行介紹。以西門子S7-300PLC、G120變頻器CU240E-2DP控制單元為例作具體說明。

2 硬接線方式特點(diǎn)

1）電纜投資較多，如電源條件等數(shù)字量輸入信號(hào)通過硬接線方式接入PLC系統(tǒng)的數(shù)字量輸入模板，線路敷設(shè)較長(zhǎng)，需要更多的信號(hào)電纜。

2）PLC硬件系統(tǒng)投資較多，變頻柜的數(shù)字量信號(hào)通過硬接線方式引入PLC系統(tǒng)，PLC系統(tǒng)需要安裝更多的數(shù)字量輸入模塊。

3）施工工作量較大，敷設(shè)電纜、線路接線都需要投入較多的人力物力。

4）線路壓接點(diǎn)較多，故障點(diǎn)相應(yīng)增多，平時(shí)維護(hù)點(diǎn)檢難度大。

5）硬接線方式變頻柜與PLC之間數(shù)字量信號(hào)傳輸系統(tǒng)接線圖如圖1所示。

圖1 硬接線數(shù)字量傳輸方式系統(tǒng)接線圖

3 通訊方式

3.1 采用通訊網(wǎng)絡(luò)方式進(jìn)行傳輸?shù)膬?yōu)點(diǎn)

1）充分利用現(xiàn)場(chǎng)已有設(shè)備資源，不額外增加電纜及PLC數(shù)字量輸入模塊投資，施工量減小，使用成本降低。

2）電氣線路附加原件少、簡(jiǎn)單可靠、穩(wěn)定性強(qiáng)、電氣故障點(diǎn)少。

3）不但可以實(shí)現(xiàn)PLC系統(tǒng)通過與變頻器之間通訊方式采集數(shù)字量輸入信號(hào)，在條件具備的情況下還能采集模擬量信號(hào)，十分方便。

4）使用世界知名大公司的PLC系統(tǒng)與變頻器產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)，信號(hào)傳輸、處理、轉(zhuǎn)換穩(wěn)定精度高。

5）技術(shù)應(yīng)用對(duì)象較廣，除西門子S7-300、S7-400、S7-1200、S7-1500系列 PLC 產(chǎn)品與西門子S120、G120等系列變頻器可以使用，同樣適用于施耐德、羅克韋爾公司產(chǎn)品。

通訊數(shù)字量傳輸方式系統(tǒng)接線方式不但少用一個(gè)6ES7 321 1BL00 0AA0數(shù)字量輸入模塊，而且節(jié)省了數(shù)字量輸入模塊與電氣室控制柜之間的數(shù)字量信號(hào)線。

3.2 實(shí)施方法

通過通訊方式將數(shù)字量信號(hào)接入PLC系統(tǒng)方法實(shí)現(xiàn)的前提條件是：1）PLC與變頻器之間建立實(shí)現(xiàn)讀寫數(shù)據(jù)的通迅網(wǎng)絡(luò)；2）變頻器控制單元必須有足夠的數(shù)字量輸入端口。

3.2.1 變頻器（CU240E-2DP控制單元）參數(shù)設(shè)置

1）變頻器具體參數(shù)設(shè)置見表1。

表1 G120變頻器CU240E-2DP的參數(shù)設(shè)置

2）通過西門子STARTER軟件修改后發(fā)送至PLC的數(shù)據(jù)明細(xì)，其中r2089［1］狀態(tài)字中就包含數(shù)字量輸入DI0的位狀態(tài)，并將其狀態(tài)發(fā)送至PLC系統(tǒng)。

3.2.2 S7-300PLC編程

1）組態(tài)S7-300PLC與G120變頻器的通訊網(wǎng)絡(luò)，其中PLC與變頻器之間通訊報(bào)文選擇西門子報(bào)文352讀寫各6個(gè)字的長(zhǎng)度,輸入地址（I address）為系統(tǒng)默認(rèn)PIW256-PIW266，輸出地址（O address）為系統(tǒng)默認(rèn)PQW256-PQW266。

2）以DB1為例，建立S7-300PLC讀取變頻器相應(yīng)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)塊DB1，其中的數(shù)據(jù)與變頻器側(cè)設(shè)置的一一對(duì)應(yīng)，其中DB1.DBW8 PZD5就包含數(shù)字量輸入DI0的位狀態(tài)具體地址DB1.DBX9.0，見表2。

表2 DB1數(shù)據(jù)塊列表

3）調(diào)用西門子系統(tǒng)功能塊SFC14（讀取從站數(shù)據(jù)）和SFC15（寫入從站數(shù)據(jù)）并為程序塊各管腳填寫參數(shù)，編寫好程序下裝至PLC系統(tǒng)，3）調(diào)用西門子系統(tǒng)功能塊SFC14(讀取從站數(shù)據(jù)）和SFC15（寫入從站數(shù)據(jù)）并為程序塊各管腳填寫實(shí)參，編寫好程序下裝至PLC系統(tǒng)，STL程序如下：

變頻器線路按要求接好，參數(shù)設(shè)置完畢，需要重新為變頻器上電，隨即新的參數(shù)設(shè)置生效，即可建立PLC與變頻器之間的數(shù)據(jù)傳輸。這樣變頻柜內(nèi)的數(shù)字量信號(hào)就能實(shí)現(xiàn)不用硬接線而通過通訊方式發(fā)送至PLC系統(tǒng)。

4 結(jié)語

實(shí)踐表明，利用PLC與變頻器之間的通迅與變頻器控制單元的數(shù)字量輸入端口進(jìn)行變頻柜數(shù)字量信號(hào)傳輸?shù)姆椒ǎ鄬?duì)于硬接線方式變頻柜數(shù)字量信號(hào)傳輸?shù)姆绞礁庸?jié)省信號(hào)電纜及PLC模板的用量，且控制線路簡(jiǎn)單可靠，有效增強(qiáng)設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定性。