基于S7-200 的DCS 與變頻器通信方式的研究

余婭榮，黃 波，張 衛

（云南華聯鋅銦股份有限公司，云南文山 663000）

0 引言

在工業測控系統中，數據通信在整個控制系統中尤為重要，不同廠家的變頻器，通信方式也存在一定的差異，為實時監控各種控制設備的運行情況，通過通信協議，采用DCS 遠程控制方式，使用系統軟件及編寫相應控制程序實現自動控制。隨著自動化技術的高速發展，ModBus 通信協議已經發展成為一種成熟、簡單開放和透明的工業標準[1]。PLC 作為高性能控制設備，被廣泛應用于數據采集與控制，通過PLC 程序編寫，實現變頻器遠程就地自動控制、頻率和故障檢測等，減少人工操作。

1 Delta V 系統

Delta V 系統是采用完全數字化的一套全新系統，作為PlantWeb 工廠管控網機構體系的核心部件，是全球首個數字式自動化系統[2]。該系統具有開放的互操作性、點對點通信、完整信息交換與集成、集中式組態數據庫、直觀的一體工程軟件、先進的報警管理、預測性維護、性能優越的批量控制、嵌入的先進控制、遠程訪問以及模塊化硬件、數字化、智能化等優勢。

2 ModBus 通信

ModBus 協議同時支持RTU 模式和ASCII 模式，現已成為工業領域通信協議標準，可通過各種傳輸方式傳播，是工業電子設備之間常用的連接方式，其傳輸協議定義了控制器可以識別和使用的信息結構，不需要考慮通信網絡的拓撲結構[3]。ModBus網絡上有且僅有一個主站，并且該主站在ModBus 網絡上沒有地址，從站地址實際范圍為1～247。

3 系統的硬件組成及連接

某些國產變頻器寄存器地址不在Delta V 系統標準地址范圍內，DCS 無法通過ModBus 通信直接讀取變頻器地址，不能實時監控變頻器中的參數。因此，通過PLC 實現對變頻器的自動控制，并將相應的控制結果存入寄存器VW 中，DCS 通過ModBus通信向VW 中寫入數據或讀取數據，即可實現DCS 實時監控及遠程控制。以一臺變頻器控制一臺水泵電機為例，硬件結構如圖1 所示。

圖1 系統硬件結構圖

PLC 和變頻器通過ModBus 通信控制時，PLC 既作為變頻器的主站，又作為DCS 的從站；PLC 和變頻器通過硬接線控制時，PLC 只作為DCS 的從站，此時，PLC 和變頻器的接線如圖2所示。通過DCS 遠程將頻率存入VW0 中，并作為PLC 的模擬量輸入AI1，輸出AO1 接入變頻器AI2，同時變頻器的頻率、電流反饋需作為PLC 的模擬量輸入AI2、AI3 存入VW2 中，以便DCS 可以實時監控。變頻器通過端子參數設置實現就地/遠程時模擬量輸入通道是否有效，當變頻器打到就地時，變頻器模擬量通道AI1 有效，此時通過控制柜定位器進行頻率給定。

圖2 PLC 和變頻器接線圖

4 系統軟件設計

該系統中軟件設計主要包括2 個部分：S7-200 和DeltaV 系統程序設計及編寫。

4.1 S7-200 程序設計

根據PLC I/O 分配表，選用PLC224XP 和SM235 作為數字量及模擬量的輸入輸出模塊，通過硬接線或ModBus 通信方式實現變頻器的啟停聯鎖、故障監測、頻率給定等控制。PLC 程序編寫中主要包括ModBus 通信程序、變頻器遠程啟停、故障監測和數據傳輸程序，PLC 通過調用ModBus 通信程序實現對變頻器參數的讀寫，并存入相應的寄存器中。

需要注意的是PLC 和變頻器通過ModBus 通信控制時，由于MBUS_MSG 指令一次只能有一個處于活動狀態，因此PLC主站程序通過定時器實現輪詢調用通信庫中端口1 中MBUS_MSG 指令，通過指令輸入參數RW 設置，指定讀或寫該信息；從站程序調用通信庫中端口0 的MBUS_INIT 指令，并進行指令輸入參數設置。PLC 和變頻器通過硬接線控制時，PLC 只作為DCS 的從站，此時調用從站程序即可。

4.2 DCS 系統設計

DCS 系統設計主要包括畫面設計、I/O 組態設計和程序設計。DCS 與PLC 之間采用ModBus 進行通信。表1 為DCS 通信地址表。

在DeltaV 系統中，根據現場實際情況及通信地址表，進行I/O 組態、參數設置、程序設計、畫面連接，構成人機界面，在控制室即可對現場設備進行監控及遠程操作。

在該系統中，讀寫分別占用一個DST，在設計通信程序時通過調用Logical 模塊中的布爾泛輸入/輸出模塊（BFI/BFO）實現數據及狀態信號傳播。

表1 DCS 通信地址表

5 結束語

（1）采用DCS 對現場設備進行監控及遠程控制，提高企業自動化水平及工作效率、減少人工操作帶來的影響。

（2）將S7-200 作為控制層，解決了DCS 不能直接與部分變頻器通信的問題，并將其應用于實際生產過程中，對建設智能化礦山具有一定的指導意義。