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上海市 松江縣
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2020-07-04 03:35:03
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西門子模擬量輸入輸出模塊6ES7334-0CE01-0AA0
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line;color:#333333;"> 1. 概述
通常情況下，要實現HMI設備與V20變頻器的通訊，需要一個支持USS通訊或MODBUS通訊的PLC，比如S7-200系列PLC。其通訊電纜連接如圖1所示。PLC的一個通訊端口與觸摸屏連接，可以采用PPI協議通訊。PLC的另一個通訊端口與V20的RS485通訊端口連接，采用MODBUS協議通訊，PLC上編寫MODBUS主站程序，V20為從站。
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圖1 觸摸屏通過PLC與V20變頻器通訊
line;color:#333333;"> 如果只需要對V2O變頻器做簡單的運行控制和變量監視，那么上述配置中PLC的作用僅為數據中轉。這種情況下，觸摸屏直接和V20變頻器通訊，不僅能夠實現監控功能，而且可以少用一個PLC，節省成本。采用西門子的SMART LINE系列觸摸屏能夠實現與V20變頻器直接通訊的功能。通訊電纜連接如圖2所示。SMART LINE觸摸屏作為MODBUS主站，V20為從站。
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圖2 觸摸屏直接與V20變頻器通訊
line;color:#333333;"> 2. 硬件設備及其安裝
下面用一個實例來介紹Smart Line觸摸屏與一臺V20變頻器通過MODBUS通訊的實現方法。該例子中用到的主要硬件設備如表1所示，觸摸屏組態軟件為WinCC Flexible 2008 SP4 China。
line;color:#333333;"> 表1 示例主要硬件設備bOU
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line;color:#333333;"> 硬件安裝步驟如下：
1）將變頻器、電機、觸摸屏固定在安裝工位上。
2）連接變頻器到電機的動力電纜和接地電纜。
3）連接供電電源到變頻器的動力電纜和接地電纜。
4）連接變頻器和觸摸屏的RS485通訊電纜。觸摸屏RS485的9針接口與 V20端子對應關系：3對應P+，8對應N-。
5）連接24V直流電源的交流進線電纜和到觸摸屏的直流供電電纜。
line;color:#333333;"> 3. V20變頻器參數設置
V20變頻器要采用MODBUS通訊，可以做如下設置：
line;color:#333333;"> 表2 Cn011對應參數設置
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line;color:#333333;"> 3）修改MODBUS通訊參數，其它參數為Cn011連接宏默認參數：
P2014[0]=0 不監控報文間隔時間，否則可能會報F72故障
P2021[0]=3 MODBUS設備地址為3（與觸摸屏組態軟件中設置的從站地址一致）
line;color:#333333;"> 4. 觸摸屏組態bOU
在WinCC Flexible 2008 SP4 China軟件中組態Smart 1000 IE觸摸屏。詳細步驟如下：
1）創建項目。
創建一個空項目，如圖3所示。
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圖3 創建空項目
line;color:#333333;"> 選擇觸摸屏設備為Smart 1000 IE，如圖4所示。
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圖4 選擇Smart 1000 IE觸摸屏
line;color:#333333;"> 2）設置連接。
在連接畫面中新建一個連接，相關參數設置如下：
通訊驅動程序：Modicon
連接設置如圖5所示。
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圖5 連接設置
line;color:#333333;"> 3）添加變量。
添加與變頻器監控相關的10個變量，如表3所示。
line;color:#333333;"> 表3 變量列表
line;color:#333333;"> 變量地址參照V20變頻器操作手冊，添加完成后的變量畫面如圖6所示。
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圖6 添加變量
line;color:#333333;"> 速度設定值變量SetPoint是由-16384(-4000H)到+16384(+4000H)來表示-50Hz到+50Hz的轉速，此處采用變量的線性轉換屬性，將-16384對應-1500，+16384對應+1500，如圖7所示。再采用變量的限制值屬性，將變量的輸入值限制在-1600和+1600之間，如果出該限制值的范圍，則輸入不起作用。如圖8所示。
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圖7 速度設定值變量線性轉換
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圖8 速度設定值變量限制值
line;color:#333333;"> 速度反饋值變量Feedback也是由-16384(-4000H)到+16384(+4000H)來表示-50Hz到+50Hz的轉速，此處也采用變量的線性轉換屬性，將-16384對應-1500，+16384對應+1500，如圖9所示。注意，圖9和圖7所示的線性轉換是一致的
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圖9 速度反饋值變量線性轉換
line;color:#333333;"> 4）添加畫面。
項目生成時已經有一個模板和一個畫面，此例僅用到一個畫面。修改畫面的名字為V20_Monitor，如圖10所示。
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圖10 編輯之前的畫面V20_
line;color:#333333;"> 5）編輯模板。
模板中的對象在選擇使用模板的畫面中會顯示出來，此處把西門子的LOGO和退出Runtime的按鈕放置在模板中，如圖11所示。
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圖11 編輯模板
line;color:#333333;"> 然后在按鈕的事件屬性中添加函數。在按鈕STOP RT事件屬性的單擊事件下添加StopRuntime函數，如圖12所示。
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圖12 退出運行畫面按鈕事件設置
line;color:#333333;"> 6）編輯畫面。
在V20_Monitor畫面中放置IO域、文本域、按鈕、棒圖、圓形等對象。在文本域中輸入相應的文本，設置字號、顏色等，將相關對象分類排列整齊，完成后的V20_Monitor畫面如圖13所示。
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圖13編輯完成的畫面V20_
line;color:#333333;"> 給10個IO域分別連接10個變量。
line;color:#333333;"> 其中控制字1和狀態字1采用16進制顯示，控制字1類型模式為輸入/輸出，狀態字1類型模式為輸出，如圖14所示。
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圖14 控制字1對應IO域常規設置
line;color:#333333;"> 轉速設定、實際轉速、輸出電壓、直流電壓采用帶符號整數顯示，轉速設定類型模式為輸入/輸出，其它三個變量類型模式為輸出，如圖15所示。
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圖15 實際轉速對應IO域常規設置
line;color:#333333;"> 輸出頻率、輸出電流、輸出轉矩、輸出功率采用帶符號整數顯示，并移動小數點2位，類型模式為輸出，如圖16所示。此處移動小數點2位的作用是將通訊接收到的值除以100并顯示在觸摸屏上，這樣做的理由是V20變頻器在發送這些值時將實際值乘了100。
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圖16 輸出電流對應IO域常規設置
line;color:#333333;"> 除了用IO域來顯示實際轉速的數值外，還采用棒圖這種圖形化的形式來顯示實際轉速，編輯完成的棒圖外觀如圖17所示。
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圖17 編輯完成的棒圖外觀
line;color:#333333;"> 設置棒圖的常規屬性，其中連接變量為Feedback，大值設為2000，小值設為-2000，如圖18所示。
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圖18 棒圖常規屬性設置
line;color:#333333;"> 設置棒圖的外觀，如圖19所示。
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圖19 棒圖外觀屬性設置
line;color:#333333;"> 設置棒圖刻度，如圖20所示。
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圖20 棒圖刻度屬性設置
line;color:#333333;"> 運行指示燈用來指示變頻器是否處于運行狀態，連接變量為StsWord1的第2位，運行時顯示綠色，非運行時顯示白色。其外觀動畫設置如圖21所示。
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圖21 運行指示及其外觀動畫設置
line;color:#333333;"> 反轉指示燈用來指示變頻器是否處于反轉狀態，連接變量為StsWord1的第14位，反轉時顯示綠色，非反轉時顯示白色。其外觀動畫設置如圖22所示
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圖22 反轉指示及其外觀動畫設置
line;color:#333333;"> 故障指示燈用來指示變頻器是否處于故障狀態，連接變量為StsWord1的第3位，故障時顯示紅色，非故障時顯示綠色。其外觀動畫設置如圖23所示。
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圖23 故障指示及其外觀動畫設置
line;color:#333333;"> 接著設置4個按鈕的功能，此處在按鈕的單擊事件下添加不同的函數來實現不同的功能。
啟動按鈕：添加SetValue函數，變量為CtrlWord1，值為1150（16進制047E）。再添加SetBitInTag函數，變量仍為CtrlWord1，位為0，如圖24所示。每次按下啟動按鈕，觸摸屏將先發送047E，再發送047F給V20變頻器，實現啟動功能。
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圖24 啟動按鈕事件設置bOU
line;color:#333333;"> 停止按鈕：添加ResetBitInTag函數，變量為CtrlWord1，位為0，如圖25所示。每次按下停止按鈕，控制字1的第0位將被復位為0，觸摸屏將發送047E給V20變頻器，實現OFF1停車功能。
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圖25 停止按鈕事件設置bOU
line;color:#333333;"> 反向按鈕：添加InvertBitInTag函數，變量為CtrlWord1，位為11，如圖26所示。每次按下反向按鈕，控制字1的第11位將做非運算，觸摸屏將相應的正轉或反轉指令發送給V20變頻器，實現轉向反向功能。
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圖26 反向按鈕事件設置
line;color:#333333;"> 故障確認按鈕：添加SetBitInTag函數，變量為CtrlWord1，位為7。再添加ResetBitInTag函數，變量仍為CtrlWord1，位為7，如圖27所示。每次按下故障確認按鈕，觸摸屏將先發送1狀態的故障確認位，再發送0狀態的故障確認位給V20變頻器，給故障確認位一個上升沿，實現故障確認功能。
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圖27 故障確認按鈕事件設置
line;color:#333333;"> 5. 系統運行效果
完成上述步驟之后，下載組態程序至觸摸屏中。實際運行效果證明：SMART LINE觸摸屏與V20變頻器通訊正常，觸摸屏可以通過四個按鈕控制變頻器運行、停止、反向以及故障確認；變頻器相關變量和狀態可以在觸摸屏上正確顯示。變頻器運行時觸摸屏顯示畫面如圖28所示
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圖28 變頻器運行時觸摸屏顯示畫面
編程功能
離線編程方式：PLC和編程器公用一個CPU，編程器在編程模式時，CPU只為編程器提供服務，不對現場設備進行控制。完成編程后，編程器切換到運行模式，CPU對現場設備進行控制，不能進行編程。離線編程方式可降低系統成本，但使用和調試不方便。在線編程方式：CPU和編程器有各自的CPU，主機CPU負責現場控制，并在一個掃描周期內與編程器進行數據交換，編程器把在線編制的程序或數據發送到主機，下一掃描周期，主機就根據新收到的程序運行。這種方式成本較高，但系統調試和操作方便，在大中型PLC中常采用。
五種標準化編程語言：順序功能圖（SFC）、梯形圖（LD）、功能模塊圖（FBD）三種圖形化語言和語句表（IL）、結構文本（ST）兩種文本語言。選用的編程語言應遵守其標準（IEC6113123），同時，還應支持多種語言編程形式，如C，Basic等，以滿足特殊控制場合的控制要求。
(五)診斷功能
PLC的診斷功能包括硬件和軟件的診斷。硬件診斷通過硬件的邏輯判斷確定硬件的故障位置，軟件診斷分內診斷和外診斷。通過軟件對PLC內部的性能和功能進行診斷是內診斷，通過軟件對PLC的CPU與外部輸入輸出等部件信息交換功能進行診斷是外診斷。