西门子PLC模块6ES7215-1HG40-0XB0参数详细

西门子PLC模块6ES7215-1HG40-0XB0参数详细

.前言
传统的PLC实行集中控制，所有的电缆都必须连接至PLC控制柜，布线和接线相当繁琐。变频器本身有动力线和控制线，在大型生产线中应用较多，如遇大规模的改造，其重新布线的工程量和费用较多。AB Devicenet总线控制系统具有设计方便、结构灵活、安装简便的特点，省去了大量的柜间联线，减少了安装费用。编程软件和组态软件具有在线故障诊断功能，使调试和维护更方便。本文主要论述AB 1336 PLUS Ⅱ变频器在Green公司CO2膨胀烟丝配套生产线基于AB Devicenet总线控制系统中的具体应用。

1 现场总线概述
近年来，随着控制技术、计算机技术和网络技术的快速发展，测控技术、计算机控制和通信领域的结合应用已经成为大势所趋。工业自动化目前正朝现场总线控制系统方向发展。基于现场总线的控制系统（FCS）成为新一代的工业控制系统，将逐步取代传统的DCS，这是技术发展的必然要求。
现场总线（field bus）是用于*终控制设备与上层自动化控制设备之间的双向串行通信链络，采用可进行简单连接的双绞线等作为总线，具有结构简单，执行协议直观，价格低廉等优点，同时性能又能令人满意。同时并按公开、规范的通信协议，在位于现场的多个微机化测量控制设备之间及现场仪表与远程监控计算机之间，实现数据传输与信息交换，形成各种适应实际需要的自动控制系统[1]。
Devicenet是一种低成本的基于CAN（Controller Area Network）通讯总线，用于连接工业设备与网络的现场总线，其特点是低成本、开发容易、支持的厂家多，并且不需要昂贵的连接线路。由美国罗克韦尔公司支持的DeviceNet是IEC62026标准之一，网络介质可采用五线制电缆，它包括了二条信号线，二条24V电源线和一条屏蔽线。DeviceNet设备可以从网络上直接获得电源，并能在线地从网络上连接和切下设备。网络提供的电源为8安培，还可以增加冗余的电源。[2]

2 案例厂家的电控方案
该生产线工艺流程复杂，系统设备控制较多，分布在三层工房内，控制点多且位置分散。厂家为避免传统控制系统需敷设大量电缆，给设计、施工、调试和维护带来很**烦的缺点，经综合考虑采用采用基于设备控制层、集中监控层和生产管理层的三层管控一体化电控系统：
其设备控制层为AB的Devicenet网，主要控制底层设备；
集中监控层主站SLC504 PLC通过机架插槽上的控制网模块，通过同轴电缆上与Contrologix5550 PLC以及监控机等上AB的Controlnet控制主网；
生产管理层与集中监控系统通过Ethernet网络连接，两台监控机工作站、服务器、数据处理机、工程师站、质检室工作站及打印机，均建立在同一个工业以太网上,与底层的设备控制层共同构成三级管控一体化控制系统。

3 变频器上Devicenet网的讨论
该系统把集中监控系统、生产管理系统及设备控制层主站PLC集中于中央控制室内。设备控制系统设电控柜组及分布式I/O现场操作箱，负责直接控制现场设备及信息交换。现场控制系统主站PLC一是采用AB公司的Controllogix5550，其上配置一块Controlnet网卡[2]、三块Devicenet网卡和一块DH+网卡。[3]另一主站SLC504通过1756-CNBR模块上Controlnet网进行通信。电控柜组及现场操作箱均通过FlexI/O接入Devicenet网[3]。在电控柜组上设置Panelview1400作为现场操作界面，Panelview1400具备Devicenet接口适配器，与Devicenet网连接。
从以上配置来看，采用 Devicenet总线利于发挥其低成本、二次开发容易的特点，并且不需要昂贵的连接线路。若变频器不上总线，按原控制模式放在本地，如通过PLC输入输出模块接联接线则还有线缆较多的毛病；如将控制线接入本地子站则浪费I/O点，增加了I/O的模块数，浪费投资。若变频器上总线则需要投入一部分接口卡1203-GK5的投资，但可通过总线实现控制节省了I/O点，[4]也能充分利用已计划投入的 DeviceNet器件接口和费用，特别是能实现远程控制，包括本地和中控模式的手自动设置和频率的设置，自动化程度高，且变频器放在控制柜内一是可方便维护，二上可降低保护等级和费用。
经以上讨论和权衡，厂家决定变频器上Devicenet网。

4 解决方案
4.1软硬件配置
序号 名称 型 号
1 设备网通讯模块 1203-GK5
2 变频器 1336F-BRF20-AA-EN-L4 (1.5KW)8台
3 变频器 1336F-BRF30-AA-EN-L4 (2.2KW)16台
4 手持操作器 1201-HA2
5 手持操作器连接电缆 1202-H30
6 安装支座 1201-DMA
7 连接电缆 1202-C10（1米）
8 Devicenet网组态软件 RSNetWorx for DeviceNet（原有）
9 人机界面软件 RSView32（原有）
4.2 1336PlusII变频器建立通讯的方法
1336 PLUS II变频器通过网卡1203-GK5接入Devicenet网络，并经PLC 基架中的1756-DNB模板连接，与PLC ControlLogix5550通讯，实现对电机的控制，可读取变频器状态字、运行频率、变频器温度及电机电流等大量过程参数,见附图1。

图1 系统结构图
RSView 32人机界面软件，不直接和底层设备进行通讯，而是通过PLC作为数据传输接口，即通过controlnet控制网络与PLC进行通讯，PLC再通过1756-DNB模板、Devicenet网络及网卡1203-GK5作为数据传输载体与1336 PLUS II变频器通讯。
如此使RSView32能够方便、快捷与变频器进行数据传送，只需在控制室监控机上远程更改参数即可。1336 Plus II变频器通过Devicenet网络得到了智能化控制，达到远程控制目的。
4.3 1336PlusII变频器的底层控制的路径
4.3.1 网卡1203-GK5接入
该模块用于连接设备网和带有SCANport接口的设备，如图2所示。控制器局域网络CAN是一种流行的、可靠的接口技术。A-B公司开发的SCANport接口正是基于CAN接口标准下开发研制的，作为变频器和其他网络设备的通讯接口。通过SCANport接口，A-B公司的变频器可以连接在设备网上，并作为设备网上的一个节点，和网络上的其他设备进行组态通讯。

图2 1203-GK5外观示意图
该模块背板上有两排DIP开关，用于设置节点号、波特率、数据通道等，如图3所示。在1203-GK5上DIP开关SW1出厂设置值为： SW1-1=0，SW1-2=0，SW1-3=0，SW1-4=0，SW1-5=0，SW1-6=0，SW1-7=0，SW1-8=0。现场DIP开关SW1值就是采用出厂设置值，如图3所示。DIP开关SW2组DIP拨码1-6用来设定地址，出厂默认值为63，按二进制计算。SW2-1～SW2-6设定设备网节点地址，出厂设置节点地址为111111（2），63（D），按SW2-6，SW2-5，SW2-4…SW2-1由大到小顺序排列，节点地址范围为0～63。具体节点地址可根据编程需要设定。SW2-7～SW2-8设定数据传输速率，出厂设置数据传输速率为125K。我们采用的保持125K不变。

图3 1203-GK5背板开关示意图

图4 1203-GK5背板DIP开关SW1设置示意图
用Devicenet网线的连接方法：按颜色连接，网线的5根线说明：V+（红线）、CANH（白线）、SHIELD（亮线）、CANL（蓝线）、V-（黑线）；在V+（红线）、V-（黑线）上外接24VDC电源（柜内已有）；使用网卡1203-GK5时选择ADAPTER 2；各项参数可以使用硬件DIP开关设置，也可以在配置软件中通过参数设置（使用软件参数设定网络地址SW2-7、SW2-8必须在ON位置）。
4.3.2 1756-DNB Devicenet 扫描器接口模块态
1756-DNB设备网扫描模块是Devicenet设备与ControlLogix机架之间的接口。扫描器模块通过网络与 DeviceNet设备通讯，它相当于一个存储器，存储DeviceNet上的设备信息，并供处理器进行读写操作。实现：从设备读输入数据和写输出数据；给设备下载组态数据；监视设备工作状态。扫描器模块与ControlLogix机架内的ControlLogix控制器进行通讯，从而提供I/O数据、状态信息和组态数据。它不断的对DeviceNet上所连的设备进行扫描，并且用新的扫描结果更新DeviceNet上的设备映象到处理器内存中输入部分地址以便于处理器进行数据处理，同时，把处理器处理的结果的数据转送到DeviceNet设备网中。
1756-DNB模块与它的设备之间没有建立连接；因此，控制器与Devicenet设备之间没有建立连接。1756-DNB模块只是充当扫描器的作用，将来自它的设备的所有数据收集打包，通过映象传送到控制器。当然，控制器也可以使用MSG指令直接将信息传送给DeviceNet设备或接收来自DeviceNet设备的信息。
4.3.3 PLC与变频器I/O工作图表
ControlLogix 5550 PLC与1336 PLUS Ⅱ变频器I/O工作示意如图5所示。

图5 1336PlusII映射表
4.3.4 设备网组态
以RSNetWorx for Devicenet软件进行设备网扫描，将1336PlusII变频器的设备信息映射到1756-DNB模块里。RSNetWorx for DeviceNet是基于32位的bbbbbbs应用程序，它能够提供设备网组态，使用图形或电子数据表格，组态设备网上所有的设备。通过1336PlusII EDS文件进行人工扫描，把设备的各种信息一步步扫瞄到网络上。EDS（电子数据表）是一个专门由设备制造商提供的文本文件，该文件存储设备的各种重要信息，包括参数信息、输入/输出信息等，图6为扫描上来的1336PlusII变频器组态界面。当把变频器扫描上来时，就可以从变频器上载参数到设备网上，可以在组态界面上观察到变频器的各个参数；也可以下载参数到变频器来完成任务。

图6 RSNetWorx for Devicenet组态界面
所有1336 PLUS II变频器都利用Adapter2扫描口通过1203-GM5通讯模块与PLC 扫描器模块形成Devicenet设备网现场总线。变频器的所有控制（启动，停止，加速，减速等）和反馈（变频器的工作状态）都通过设备网的控制字和状态字来实现。由变频器设定哪些参数与其连接 ,从而实现PLC对这些参数的读写; 将变频器的常用监控参数 ,如加减速时间、多个预置频率、实际输出电流电压、故障代码等参数设定到Data In/Out上 ,通过映射方式 ,PLC对变频器就可实现一般功能的监控。这样，不但节省了大量的电缆和布线工作，也极大提高了可靠性，大大降低了故障率。
4.4变频器的远程控制
通过组态RSView32人机界面软件完成上位机的人机接口控制和参数监控，从而实现变频器的远程控制。通过建立标签(tag) ,使之与需监控的I/ O 点相关联,RSView32 可不断获取或刷新标签数据,从而达到控制现场设备的目的。RSView32 提供了许多基本图形工具,并带有常用图形库。用户也可建立自己的图形库。作图时直接将图形对象拖入视图中即可。图形对象有其对应的属性值,如位置、颜色、旋转、可视性等,在操作和监控过程中,通过改变这些属性的值,可使图形呈现动画特点。可记录的数据可以是动作(Activity) 、标签( tag) 、报警(alarm) 等。动作包括命令、宏的执行,系统信息采集等。记录的标签数据可以用来生成趋势图,而报警记录则可以用于故障分析和事故追踪, 它们分类存储在不同的记录文件里。用户可自定义需要记录的数据,记录文件的生成、删除方式等。
以下重点介绍如何用RSView32 设计控制系统的人机界面。
设计包括了以下步骤:
(1) 设置通道和节点。RSView32 可以同时监控4 个通道,本例通过控制网controlnet与PLC ControlLogix通信,通道类型应设为控制网,节点应与PLC 的设定值相同。
(2) 创建图形对象。图形是人机交流的主要工具,本例中的图形对象分为两部分,即变频器参数调节画面和膨胀烟丝线前后端配套设备的工作界面。前者包括变频器的一些重要参数,如频率设定、加减速时间等,这些参数也可以从变频器的面板上设置;后者包括膨胀烟丝线前后端配套设备的实物流程图片和一些指示灯、按纽等。[5]
(3) 设置标签或衍生标签。标签是RSView32 与外界通信的手段,可以用来控制实际对象。有些标签直接与设备上的输入输出点相联系,另一些则是它们的衍生或者系统中所用的变量。[6]
(4) 给图形对象添加动画。只有给图形对象添加了动画标签,才能使之与实际的硬件设备联系起来。用户通过人机界面的操作,便能够远程调节变频器参数及膨胀烟丝线前后端配套设备整条线的工作。另外为了使工作图片更加形象逼真,还作了一些技术处理,如用切片机图形的片烟动态进料及切刀的动作来表示物料输送的状态和切片机的主要动作，这样在改变磨削速度时,操作者有更为直观的现场感受。图7 是本例的膨胀烟丝线前后端配套设备工作界面。

图7 以RSView32设计的整线一工作界面
同时，也实现了对电机的远程启动、停止和频率的实时控制，图8 是1336 PLUS II变频器频率的中控设置。

图8 1336 PLUS II变频器频率的中控设置

5 结语
经过调试, 以RSView32设计的整线工作界面可以正常与控制网通信,并可直接控制变频器及PLC上的与工况相关的I/ O 点,证明整个组态和通信正确。在中控监控机上可以监控1336 Plus II变频器,也可以控制各子站的输出, 此种控制方式可以通过软件察看或修改1336 PLUS II变频器内部的300多条参数，如电机的电流、温度、转速等都可以由Devicenet网络的数据采集获得，只需在控制室触摸屏或监控机上远程更改参数即可。1336 Plus II变频器通过DeviceNet网络得到了智能化控制。
另外整个中控及变频器操作工作界面简单、直观,能适应实际工作场合,达到了预定效果。使用网络通讯比传统的控制方式具有接线数量减少，采集变频器的数据多，节约电能、抗干扰能力强等优点，具有很高的推广价值。

　国内风电设备制造行业的迅猛发展，****可供用户选择的风机类型越来越多，随之而来的是对风机稳定性和性能的关注。风机电控系统的快速、可靠性和稳定性很大程度上决定了一款风机的成功与否，而电控系统的性能主要取决于所选方案和所采用的零部件。ABB涉足风力发电行业已有20多年历史，本文结合欧洲MW级双馈风机电控系统的结构对ABB控制自动化产品在MW级双馈风机电控系统中的应用进行了介绍。

关键词：MW级风机控制系统 ABB控制自动化产品 并网接触器 机械锁 高性能控制器网络

　　随着我国能源发展战略的实施，国内风电设备市场逐年扩大。在国家发改委制定的《风力发电中长期发展规划》中明确指出，到2010年底，全国风电总装机规模达到400万kW；到2015年底，全国风电总装机规模达到1000万kW；到2020年底，全国风电总装机规模达到2000万kW。
        国家电力监管委员会2007年7月17日公布《电网企业全额收购可再生能源电量监管办法》，赋予国家电监会监管电网企业全额收购其电网覆盖范围内可再生能源并网发电项目的权力。于2007年9月1日起施行。
        国家政策的支持、巨大的市场空间促使国内风电产业异常活跃。已有40多家企业明确表示将涉足风力发电设备制造。

1. 概述
　　ABB作为全球工控产品重要的供应商之一，可以为各行业提供种类齐全的控制自动化产品。与全球主要风机制造商多年的合作经验，使ABB可以提供风机功率回路和控制回路的全套产品，形成了ABB独有的、经过优化的专为风电行业设计的控制自动化产品。下面就ABB控制自动化产品在风力发电机组控制系统中的应用进行介绍。

2. 用ABB AC31 90系列可编程控制器(PLC)构成高性能的控制器网络
　　控制器是整个电控系统的核心，其主要任务是控制风机根据风能的变化调整输出，以及风机在运行过程中的各种数据检测、系统保护、通讯等功能。MW级风力发电机组控制系统的特点是：
点数不多：
　　整个控制系统的输入输出点数并不多，一般不多于300点。
数据计算量大：
　　MW级风机电控系统的双馈调速系统及电动变桨系统数学模型结构复杂、计算精度高；远程监控系统、故障检测及自复位功能的应用使控制器的数据计算量很大。由于同一时间不同优先级事件的存在，控制器必须按照事件的重要程度执行不同的扫描周期。

　　这些特点要求控制器具备高速度、支持多优先级多任务程序结构、支持**算法等功能。此外，为保证系统各控制器与变频设备之间通讯的可靠性及实时性，控制器还必须支持现场总线及远程监控使用的工业以太网通讯。ABB公司的紧凑型控制系统AC31 90系列PLC可用于复杂控制功能的应用，运算速度可达0.07 ms/kB指令，支持IEC61131-3标准的编程, 编程界面简洁友好,并且实现分布式扩展简单快捷，有多达5个集成的通讯接口(Modbus、TCP/IP、Profibus、DeviceNet、CanOpen)用于开放的通讯方式，I/O扩展数量多达1040点开关量/232点模拟量。

图1 AC1131编程界面

　　图2是用ABB AC31 90系列的KT98和KT97可编程控制器(PLC)构成的MW级风机电控系统控制器拓扑结构图。

图2 ABB AC31 90系列PLC组成的风机电控系统控制器网络

　　使用2台KT98分别作为机舱控制器和变桨控制器，1台KT97作为主控制器。这3个控制器的主要功能为：
机舱控制器：负责处理各传感器(含风速风向仪)、输入输出点的信号采集、双馈变频器给定计算、以及同双馈变频器、变桨控制器、主控制器之间的数据通讯。

变桨控制器：处理变桨系统信号采集、负责进行变桨系统计算，生成变桨变频器给定，负责与变桨变频器及机舱控制器、主控制器之间的数据通讯。
主控制器：负责同机舱控制器、变桨控制器之间进行以太网通讯；远程监控系统通讯、以及塔筒底部的信号采集。

　　3个控制器之间采用以太网通讯，保证了通讯速率。控制器与变频器之间采用CAN总线通讯，速率可达1Mbyte/s。保证速率的前提下，通讯可靠性也得到了提高。这样构成的控制结构具有分工明确、实时性强、稳定可靠的特点。

3. 用ABB AF系列接触器解决并网稳定性问题
　　风力发电机所发出的电能通过接触器并入电网。由于风能的大小、方向变化的多样性及不确定性，造成风机负载波动频繁，加之风电场多建在电网相对较弱的边远地区，在这种情况下，极易出现风机误并网、误解列给电控系统及机械结构带来严重的损害。因此，必须选用可靠的并网接触器将所发电能并入电网。
　　一般接触器通过线圈控制开合，这样当系统线路出现误动作时，接触器也将出现误动作，风机被误并网。ABB的AF接触器(AF400 – AF2050)可以使用输入信号（如：来自PLC）控制接触器开闭，而线圈动作所需的能量由另外的电路供给(230VAC或24VDC)。要使接触器闭合必须同时满足：线圈通电和输入信号。
普通接触器(如图3)，在A1和A2之间加以要求的电压之后，触点即闭合，抗误并网能力差。

图3 普通接触器接线图

　　ABB AF系列(AF400 – AF2050)接触器，只有在当A1与A2之间加以要求的电压，同时，PLC信号接通的情况下才能闭合。这样并网条件增加到2个，可提高抗误并网能力。

图4 AF系列(AF400 - AF1650)接触器接线图

　　另外，ABB AF系列(AF400 – AF2050)接触器还具备适应风电场电网条件的独有性能：可在线圈线路故障后20ms内维持闭合，线圈操作电压可以低至额定电压的25%。这些性能，对于风电场所处的弱电网是至关重要的。