西门子模块6ES7253-1AA22-0XA0接线方法

西门子模块6ES7253-1AA22-0XA0接线方法

1 引言
作为工控行业的主流产品，PLC与变频器在各种机械设置上的应用可谓无处不在。常见的用法是使用模拟信号（一般是电压）来完成对变频器的控制。这种方法的缺点是成本高，易受干扰（电压方式），控制精度也很难作得很高，而采用通信方式就可以很好地避免这个缺点。
本文介绍了V80系列PLC与变频器的通信及其实现方法。
2 V80系列PLC在通信方面的特点
V80系列PLC是德维森科技（深圳）有限公司开发的一款通用型高性价比的小型可编程控制
器（PLC），采用32位高性能CPU芯片和高速逻辑解析ASIC芯片,相对于普通的小型PLC，在通信应用方面具有以下特点
1、
本机具有双串口：其中一个是RS-232编程口，工作于MODBUS从模式，一般只用
于编程和连接人机设备。另一个为RS-485接口，除了具有MODBUS从模式的功能
外，还能工作于MODBUS主模式、自由通信模式，具有强大的通信功能。
2、
具有48K的程序空间，9000个中间接点，9999个内部寄存器，加上极其强大的应用指令，能够方便地编写很复杂的程序，较适合复杂的通信协议。
3、
V80 PLC的默认通信协议是MODBUS从协议(RTU)，内部变量的编址方式也是按照协议进行的，所以在MODBUS通信的应用性上具有无可比拟的优势。
3、与兼容标准MODBUS RTU协议的变频通信：
对于采用MODBUS RTU从协议的设备，可以把V80系列PLC的串口2设置成MODBUS主模式与其进行直接互连。下面以东元7200MA变频器为例，说明V80系列PLC与与变频器的通信及其实现方法：
东元 7200MA 变频器采用了 MODBUS RTU 从协议，通信数据格式描述如下：
在 MODBUS RTU 模式的通讯协议中，一个信息(Message)由 4 个部份组成：Slave 地址、
功能码、数据及 CRC-16 数据校验，并依序送出。每一个信息的开始与结束，皆以 3.5 个字符(Character)的间隔时间来做识别。

仅使用三种命令：读取、回路测试及写入。

东元7200MA变频器采用了部分MODBUS从协议，支持03、10H两种命令，对于V80系列PLC而言，也就是读写寄存器4XXXX命令，是可以与V80直接连接的，而V80_PLC的M_BUS指令已经封装了这些数据过程。因此，只需关心如下参数即可：
1、 读写类型及设备地址。
2、 目标设备的寄存器（线圈）号，本地存放数据的寄存器（线圈）号，信息长度。
3、 通信间隔，也就是完成两次通信所需的时间。
4、 通信参数，如波特率、奇偶校验位、通信超时时间等编写以下程序即可实现与东元7200MA变频器的通信。

假设东元变频器上的设备地址为1，上图的程序完成了这样功能：把PLC内部41100~41115变量的内容，写到东元变频器寄存器区域偏移为00~015的寄存器，中间继电器01000每次从0变为1，双方通信一次。注意，在之前要对PLC进行参数设置，可参见V80系列PLC的软件手册。
4、与其它协议的变频器通信：
对于不兼容标准MODBUS RTU协议的变频器，可以采用自由通信功能块实现。相对于 M_BUS指令，自由通信要灵活得多，类似于跟一些语言（如C语言）的编程模式。用户好具有一定的通信编程经验，并准备好如232->485转换器、串口监控软件等调试工具。
下面以正弦SINE003系列变频器为例，说明V80PLC的自由通信协议编程方法。正弦SINE003
系列变频器的通信格式如下：

异或校验
数据含义：数据帧从机地址至数据信息的异或结果。既第 2字节与第3字节异或的结果，再与第4字节异或，以此类推至第13字节。
数据类型： 16进制，单字节。
发送方式：将校验和字节的高 4位和低4位拆分并转换为ASCII码，先高后低发送。
结果处理：当校验结果小于等于 1FH，则校验结果加20H。该通讯协议采用ASCII码表示传输内容，用STX（02H）、ETX（03H）作为开始和结束标志。首先，把数据转换成ASCII码，V80系列PLC提供了ASCBIN及BINASC指令，来完成“0~H”这十六个ASCII数字与十六进制码的互换。

当发送脉冲产生时，各数据被换成ASC码并存放在发送缓冲区中，每个二进制码转换后占二个字。
SINE003采用异或校验，只针对ASC码部分，程序如下：

然后，对异或结果进行判断，小于1FH则加20H，之后用字组拆分指令“PACK”把它拆成两个字节，按先高后低填到发送区。下面是发送和接收程序。

发送程序只需填一个发送长度即可，在发送的同时打开接收，接收程序使能开始字符和结束字符，并填好开始字符和结束字符，可参见V80系列PLC的软件手册，这样当接收“02H”就认为是一帧的开始，接收到“03H”就认为是一帧的结束。也可以结合其它条件判断，如字符超时等，各种状态都可以在状态位里体现。
接收到完整的一帧后，状态位会有状态指示，然后把接收回来的数据进行校验，并重新转换成十六进制，既可进行相应处理。
5． 结束语
本文分别以东元7200MA变频器和正弦SINE003系列变频器为例，说明V80系列PLC的MODBUS RTU协议和自由通信协议的编程方法，并详细介绍了V80系列PLC与变频器的通信及其实现方法。采用这种方案，可以大大地节省成本，并具备高可靠性。

一、变频器工作原理及技术规范
1、变频器原理介绍
   变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置。低压变频器主要采用交—直—交方式，先把工频交流电源通过整流器转换成直流电源，然后再把直流电源转换成频率、电压均可控制的交流电源以供给电动机。变频器的电路一般由整流、中间直流环节、逆变和控制4个部分组成。整流部分为三相桥式不可控整流器，逆变部分为IGBT三相桥式逆变器，且输出为PWM波形，中间直流环节为滤波、直流储能和缓冲无功功率。通过变频器可以自由调节电机的速度。如图1为变频器内的控制电路框图。
 
                            图1 变频器内的控制电路框图
 
2、变频器技术规范 

二、节能分析
    变频调速技术的基本原理是根据电机转速与工作电源输入频率成正比的关系： n =60 f（1-s）／p，（式中n、f、s、p分别表示转速、输入频率、电机转差率、电机磁极对数）；通过改变电动机工作电源频率达到改变电机转速的目的。通过流体力学的基本定律可知：风机、泵类设备均属平方转矩负载，其转速n与liuliangQ，压力H以及轴功率P具有如下关系：Q∝n ，H∝n2，P∝n3；即，liuliang与转速成正比，压力与转速的平方成正比，轴功率与转速的立方成正比。如下图示为压力H-liuliangQ曲线特性图:风机、泵类在管路特性曲线R1工作时，工况点为A，其liuliang压力分别为Q1、H1，此时风机、泵类所需的功率正比于H1与Q1的乘积，即正比于AH1OQ1的面积。由于工艺要求需减小liuliang到Q2，实际上通过增加管网管阻，使风机、泵类的工作点移到R2上的B点，压力增大到H2，这时风机、泵类所需的功率正比于H2与Q2的乘积，即正比于BH2OQ2的面积。显然风机、泵类所需的功率增大了。这种调节方式控制虽然简单、但功率消耗大，不利于节能，是以高运行成本换取简单控制方式。
 
n1-代表电机在额定转速运行时的特性；
n2-代表电机降速运行在n2转速时的特性；
R1-代表风机、泵类管路阻力小时的阻力特性；
R2-代表风机、泵类管路阻力增大到某一数组时的阻力特性。
    若采用变频调速，风机转速由n1下降到n2，这时工作点由A点移到C点，liuliang仍是Q2，压力由H1降到H3，这时变频调速后风机所需的功率正比于H3与Q2的乘积，即正比于CH3OQ2的面积，由图可见功率的减少是明显的。对于风机、泵类设备采用变频调速后的节能效果，通常采用以下两种方式进行计算：若采用变频调速，风机转速由n1下降到n2，这时工作点由A点移到C点，liuliang仍是Q2，压力由H1降到H3，这时变频调速后风机所需的功率正比于H3与Q2的乘积，即正比于CH3OQ2的面积，由图可见功率的减少是明显的。
    贵公司二车间冷水泵电机功率220KW，额定电流407A，运行电流320A，阀门进口开度为50%，出口开度为25%。阀门开度很小，liuliang为额定liuliang的25%左右，另外还需要保持水泵一定的扬程，根据现场经验，变频器大概运行在35HZ-40HZ左右即可满足要求，对于风机、泵类设备采用变频调速后的节能效果，根据风机平方转矩负载关系式：P / P0=（n / n0）3计算（P0额定转速n0时的功率；P为转速n时的功率） 。当变频器运行35HZ时节电率为1-（35 /50）3=65%， 当变频器运行在40HZ时节电率为1-（40 /50）3=48%，则平均节电率为（65%+48%）/2=56.5%，在除去变频器本身耗电的3%，即节电率可以达到50%左右。以电费0.5元/度，年运行7000小时计算，每年可节约的电费为1.732*380*320*50%*0.86*0.5*7000=316970元。

三、改造前设备工况
    贵公司设备是通过调节阀门的开启角度的机械调节方法来满足不同的水liuliang，这种操作方式的缺点是:（1）电机及风机的转速高，负荷强度重，电能浪费严重；（2）电气控制直接起动，启动时电流对电网冲击大，需要的电源（电网）容量大，功率因素较低；（3）起动时机械冲击大,设备使用寿命低；（4）电气保护特性差，当负载出现机械故障时不能瞬间动作保护设备等。采用变频器可实现大的电动机的软停、软起，避免了启动时的电压冲击，减少电动机故障率，延长使用寿命，同时也降低了对电网的容量要求和无功损耗。

四、变频改造方案 
    贵公司二车间冷水泵系统为一用一备，变频控制柜具有切换功能，可以选择1#或2#启动，并且在变频器出现故障时可选择1#工频启动，以保证生产的连续性。变频根据压力信号自动调节电机的转速。

变频柜控制电气图如下：
 

五、总结
采用变频器控制将有以下诸多优点： 
 (1)、采用变频器控制电机的转速，取消挡板调节，降低了设备的故障 率，节电效果显著；
 (2)、采用变频器控制电机，实现了电机的软启动，延长了设备的使用寿 命，避免了对电网的冲击； 
 (3)、电机将在低于额定转速的状态下运行，减少了噪声对环境的影响；
 (4)、具有过载、过压、过流、欠压、电源缺相等自动保护功能； 
 (5)、变频具有工/变频切换功能，能够保证生产的连续性。
    实践证明，变频改造具有显著的节电效果，是一种理想的调速控制方式。既tigao了设备效率，又满足了生产工艺要求，并且还大大减少了设备维护、维修费用，另外当采用变频调速时，由于变频装置内的直流电抗器能很好的改善功率因数，也可以为电网节约容量。直接和间接经济效益十分明显。