6ES7222-1BF22-0XA8使用选型

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一、 引言

在现代工业控制系统中，PLC和变频器的综合应用为普遍。比较传统的应用一般是使用PLC的输出接点驱动中间继电器来控制变频器的启动、停止或是多段速，采用PLC加D/A 扩展模块控制变频器的频率。采用D/A扩展模块控制变频器的频率时，容易受到模拟量信号的波动和因距离不一致而造成的模拟量信号衰减不一致的影响，使整个系统的工作稳定性和可靠性降低。从经济的角度来考虑，当需要控制多台变频器时，如果采用D/A扩展模块，成本将是使用RS-485通讯的多倍，例如：一块FX2N-2DA（两路模拟量输出模块）价格在1000元以上，而一块FX2N-485BD（FX系列的485通讯板）价格在200元左右。而使用RS-485通讯控制，很容易实现多变频器之间的同步和比例联动运行。该系统具有成本低、信号精度高（可达变频器高分辨率）、传输距离远、抗干扰性强等特点。

二、系统配置

　　胶辊机械控制系统共使用3台变频器，分别控制行走小车，主轴，挤出机的速度。要求分为自动/手动控制，触摸屏界面为开机界面手动、自动和手动/自动选择四个界面；自动　状态时通过在触摸屏上选择不同的比例来控制3台变频器的频率和起停；手动状态时可以单独操作三台变频器的正反转和频率。

三、系统硬件组成和连接

　　根据该系统的控制要求，选用以下器件：

　　1． PLC选用日本三菱公司FX1N-14MR；

　　2． PLC485通讯扩展板FX1N-485-BD（同变频器作通讯用）；

　　3． 触摸屏为WEINVIEW MT500 5.7寸256色触摸屏；

　　4． 触摸屏同的PLC连接电缆；

　　5． 变频器采用我公司自主研发的正弦SINE003系列变频器，具有低频转距大，带载　　　　　　　　

　　　　能力强，保护功能完善等特点；

四、通讯协议

　　正弦变频器内置标准RS-485通讯接口，其通讯协议格式如下表：

发送顺序

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

数

据

包

头

从机地址

从机地址

状态代码

状态代码

命令代码

命令代码

数据地址

数据地址

数据信息

数据信息

数据信息

数据信息

异或校验

异或校验

数据包尾

定义

头

地址区

状态区

命令区

代码区

数据区

校验

尾

发送数据

1

2

2

2

2

4

2

1

表1 发送、接收数据包格式

协议格式解释：

数据包头：02H（数据包头的起始字节）

从机地址：变频器为从机，变频器的本机地址即为PLC通讯的从机地址，由变频器的参数设定（主机为工控计算机或PLC可编程序控制器等）。

状态代码：从机变频器的状态代码。即参数设定状态、运行状态、停车状态、故障状态和 工厂测试状态。

状态代码：主机发送的命令代码，对从机进行相应的操作，如点动、启动、停车、读数据、写数据、清除故障等。。

数据地址：即变频器功能代码的地址（通讯）编号。

数据信息：数据信息的定义，范围： 0-32000。无小数点，如：若功能代码内容为10.00，发送的数据为1000，若为50.0则为500。发送方式：先发高字节，再发低字节，将数据信息双字节的高 4位和低4位拆分并转换为ASCII码，先高后低发送。

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字节第3字节异或的结果与，再与第4字节异或，以此类推至第13字节。处理结果：当校验结果小于等于1FH，则校验结果加20H。

数据包尾：03H（数据包的结束字节）

（从机地址、状态代码、状态代码、异或校验的发送方式：将命令代码的高 4位和低4位拆分并转换为ASCII码，先高后低发送）

五、采用三菱FX1N系列PLC的通讯程序实例如下：

图3 PLC通讯程序实例

六、变频器参数设定

　　1． 控制小车的变频器：

F1.01=2（端子控制正/反转，RUN端子ON/OFF控制正转/停止，F/R端子控制反转/停止）。

F1.02=13（485计算机输入有效），F4.11=1（本机通讯站号设为1#）

　　2． 控制主轴的变频器：

F1.02=13（485计算机输入有效），F4.11=2（本机通讯站号设为2#）

　　3． 控制小车的变频器：

F1.02=13（485计算机输入有效），F4.11=3（本机通讯站号设为3#）

1  引言

    由于不同公司的自动化控制产品各有其应用特点和编程特点，尤其某些公司的plc编程软件中还内置了很多适合不同应用的专用模块，甚至有些公司的plc产品开始针对某些行业的应用特点，向专用控制器方向发展，这些自动化的发展趋势，使得在一个工厂的自动化实现中完全使用一个公司的plc产品几乎是不可能的，这种异构控制系统的条件下plc产品的可靠通讯越来越成为控制系统成套的关键，本文针对目前应用广泛的ab-controllogix5000控制器与siemens-s7400控制器的通讯问题进行了探讨。

2  解决方案

2.1 profibus dp解决方案

    (1) profibus dp解决方案原理与配置设计。profibus dp方案的通讯配置图如图1所示。图中controllogix5000通过第三方sst公司的dp通讯模块sst-pfb-clx-rl做主站，带turk的bl67系列dp远程i/o ，然后又通过另一块dp通讯模块做主站，s7-400plc的cpu416做从站，完成了两种类型控制器的dp通讯。做主站的dp通讯模块sst-pfb-clx-r，用sst profibus通讯配置软件完成dp通讯配置。该方案测试需要的硬件配置如表1所示。

图1  profibus dp解决方案

    (2) 方案评析。profibus dp现场总线是一种成熟可靠的解决方案。但由于采用双绞线介质的dp网大通讯距离只有1000米，且随着通讯距离的增加通讯速率也要降低，可能会导致通讯周期大于10ms，不能满足同一区域控制器之间的通讯要求，限制了profibus dp方案的应用范围，当然可以采用多模光纤介质传输dp网信号，但需要增加sinec l2 optical bbbb modules光耦合模块，网络设备增加，可靠性降低。

2.2 profibus dp网关解决方案

    (1) profibus dp网关解决方案原理与配置设计。用一个s7-300plc作为dp-profinet通讯转换用的公共plc，间接实现controllogix5000与s7-400的以太网通讯，如图2所示。该方案测试需要的硬件配置如表2所示。

图2  dp-profinet网关解决方案

    (2) 方案评析。这是一个迂回的方案，以一个较低配置的s7-300为跳板，实现了dp-profinet的网关功能，这样两个就近的控制器s7-300和controllogix5000采用成熟的dp通讯，方法与2.1方案相同，同时也解决了dp网通讯距离受限制的问题，而s7-400与s7-300的通讯采用以太网方式，是siemens内部两个不同控制器之间的以太网通讯，其应用层协议都是profinet，技术当然是成熟的，当然其缺点就是通讯配置太繁琐，但如果需要一个controllogix5000控制器与多个s7-400控制器通讯，该方案还是值得考虑的。

2.3 echochange网关解决方案

    (1) echochange网关解决方案原理与配置设计。采用inat gmbh公司生产的“echochange”网关，将ab公司的ethernet/ip以太网与siemens公司的profinet以太网连接，间接实现controllogix5000与s7-400的以太网通讯。该方案的通讯配置图如图3所示。该方案测试需要的硬件配置如表3所示。

图3  echochange网关解决方案

    (2) 方案评析。该方案与方案2类似，只不过将网关换成了ethernet/ip到profinet(以前叫industrial ethernet)的echochange，该网关两边都采用的是以太网，只是应用层规约不同，该方案以低的硬件和组态成本，实现了两个已有的以太网网络之间的简易连接，但经过该网关进行的数据交换于整数。与2.1方案相比，该方案省去了一个第三方(sst)的dp通讯模块，且echochange网关的成本比用s7-300搭dp-profinet的网关要低，运行的可靠性高，这也是siemens公司推荐的与ab公司plc控制器的以太网连接方案。

2.4 嵌入式以太网解决方案

    (1) 嵌入式以太网解决方案原理与配置设计。嵌入式以太网解决方案采用可插在controllogix5000机架内的prosoft公司生产的以太网模板，自主编程后，直接实现controllogix5000与s7-400的以太网通讯。该方案的通讯配置图如图4所示。该方案测试需要的硬件配置如表4所示。

图4  嵌入式以太网解决方案

    (2)方案评析。该方案的关键是采用了prosoft公司生产的允许用户二次开发的第三方以太网模块mvi56-gec，该模块相当于一个带有以太网接口的嵌入式系统计算机，由于ab公司controllogix5000的以太网模块和siemens公司s7系列plc的以太网模块在tcp传输控制层及以下都遵从相同的协议，只是在应用层分别采用了ethernet/ip和profinet规约，因此可以通过socket编程直接使用传输层协议来通讯。该方案经济可靠，但因涉及到自主开发，不利于推广，且应用案例较少，不如方案1-3的通讯技术成熟。

2.5 dp/dp coupler解决方案

    (1) dp/dp coupler解决方案原理与配置设计。在已有dp网上挂dp/dp coupler，采用dp网与s7-400的cpu通讯。该方案的通讯配置图如图5所示。该方案测试需要的硬件配置如表5所示。

图5  dp/dp coupler解决方案

    (2) 方案评析。该方案是一个成本低的dp网通讯方案，因为它不需要另外在controllogix5000的机架中再插入另一块第三方的dp通讯模块sst-pfb-clx-rll，而且可以利用controllogix5000远程i/o已经存在的dp网络，将dp/dp coupler安装在合适的远程i/o柜内，从而减少两个控制器间进行dp网通讯的距离，这个方案实质上将两套控制系统已有的dp网络用dp/dp coupler连接在一起后，再由双方的cpu经dp/dp coupler通道交换信息，这种通讯方式允许的输入和输出数据都只有244个字节。

3  结束语

    异构plc自动化系统集成越来越成为当前困扰plc深度应用的技术瓶颈。从目前的状况讲，基于标准现场总线的方法比较流行，例如在北美地区基本上是采用ab公司的controlnet确定性现场总线，而在西欧基本上是采用siemens公司的profibus现场总线。不过根据目前以太网技术的发展，采用更为完善的应用层协议，甚至“一网到底”应该是未来的发展趋势。