西藏西门子代理

　在水处理系统的过程自动化控制发展初期，工厂经理有两个基本选择：集散控制系统（DCSs）或者可编程逻辑控制器（PLCs）。尽管功能相似，两者却有很大的不同，各有其优缺点。后，不管选择哪一个，您总是要付出一定的代价。
　　
集散控制系统
　　
　　集散控制系统是一个对过程系统各方面进行控制的精细、单一的微处理器网络系统。
　　
　　通常这些系统非常复杂和昂贵，并且使用专有的硬件和软件,包括控制语言，因此，只有其制造商才能为其提供售后服务和技术支持。一旦系统安装使用，很难适应随时间而产生的工艺要求的变化。但是它们能够处理大、复杂的过程处理，使得它们被主要用于连续的过程工业,例如能源电力、石油和天然气、水和污水处理以及纸浆和造纸等连续过程工业。
　　
可编程逻辑控制器
　　
　　可编程逻辑控制器（或称为PLCs）是一种小型但运行速度很快的计算机，用于控制诸如过程系统中的设备等单个或多个实际应用的工艺流程。其取代了过去每次更改工艺流程或产品后必须手动重新布线的硬接线继电器，克服了以往继电器耗费高且效率低的缺陷。使用PLC后，您仅需对其重新编程即可完成整个操作。实际上早期的PLC使用的是能反映继电器电路图的梯形逻辑（Ladderlogic）语言，因此传统的工程师能够很容易地读懂他们。
　　
　　DCS系统是刻板的,PLC系统却很灵活。DCS系统是大型、自封闭的系统，而PLC系统则是模块化、可伸缩的系统，从而能够为中小型的过程处理尤其是诸如食品饮料、人员安全以及生命科学等批量和离散生产部门的工艺系统提供上佳的解决方案。因为采用模块化组件，所以PLC系统通常较便宜，至少在工程初期如此。但是，当工程师把所有组件构造成系统后，其价位可能与DCS相差无几甚至有时超过DCS。
　　
混合型控制系统的构想
　　
　　在过去十年中，历史悠久的DCS和PLC公司都转向共同称之为“混合型控制系统”的领域，在此领域他们可以尝试把DCS系统的强大功能、复杂性和PLC系统的灵活、开放性以及低价位结合起来。为此，DCS公司已经减少其系统所占用的空间，而PLC公司则已开始集成其组件以制造更完善的系统。
　　
　　但是尽管许多尝试已获得商业上的成功，这些“混合型系统”却永远不能完全达到 混合控制系统的初构想。例如，DCS 混合控制系统就无法制造足够模块化的系统以供OEMs和终客户使用，也不能提供足够的可伸缩性和灵活性来处理大小不同的应用规模。此外，高速顺序控制或离散量处理的速度（有时以几十毫秒计）对于DCS混合控制系统 来说是太快而难于调节，从而使得包装、金属锻压或简单的马达控制很难实现甚至无法控制。因此，存在批量、连续及离散环境的混合工业或者要求高速顺控的大型连续加工工厂仍需要另一个控制系统用于其离散领域，从而产生了许多额外开销、集成问题、培训和维修费用增加等问题。而许多尝试开发混合控制系统的历史悠久的PLC系统无法提供真正的系统性能，缺少系统服务,例如不能统一定义变量和系统报警/事件管理等。
　　
　　不论是来自传统的DCS技术还是PLC技术，大多数此类系统不能与信息层紧密集成为一体。不能避免因采用多个数据库导致的成本增加，而将信息层和控制层的紧密结合可以有效地控制和优化产品并提高了运营绩效。将可视性引入工艺流程操作不仅经济而且更加简单。
　　
采用混合控制系统的构想，可以紧密地把信息层和控制层结合
　　
　　现在，GE Fanuc推出的Proficy ProcessSystems，一个采用混合控制系统构想的系统，是一个既拥有集散控制系统的强大动力和高效能又具有可编程逻辑控制器的灵活性、开放性和价格优势的自动化控制系统。通过将Proficy软件固有的分层结构置入过程控制系统，使得产品的优化，分析及生产管理的层次更加简单清晰。
　　
　　与GE Fanuc公司携手解决过程控制的需求可使您在当今竞争激烈的全球经济中占有一席之地：
　　· 成效。运用GE Fanuc的过程解决方案，您可以改善系统性能、提高产量并降低总体成本。
　　· 经验。作为过程技术的长期，GEFanuc的服务团队与其所拥有的合格系统集成商网络共同致力于提供特定行业、特定应用领域所必须的经验以制定适合您的业务的解决方案。
　　·自由。我们的解决方案可以解除对传统DCS和PLC系统的限制，使您可以自由地按照喜欢的方式组态、分配、规划以及维护您的系统。
　　·现代化的解决方案。不仅我们的技术具有前沿性、居于行业地位，我们灵活的服务和支持模式也具创新性，可以根据您的业务需要定制一个客户化的解决方案。

摘 要：本文针对食用菌培养基的发酵工艺，简要介绍风机变频控制系统的组成及其控制过程。分析了该控制系统的缺陷，自动化水平低、可靠性差。结合当今先进的自动化控制技术，择优选择佳控制方法。提出了采用西门子公司S7-200系列PLC 的自由口模式与易能公司EDS1000 变频器串行通讯的方法。应用多机通讯原理，PLC为主机，变频器为从机，主从机点对点通讯。易能电气的EDS1000 系列变频调速器支持的串行通讯标准RS-485 协议，S7-200PLC 自由通讯口方式的特色功能，使S7-200 PLC 和易能EDS1000系列变频器通讯协议达成一致。本文以设置变频器的运行频率和读取变频器的参数为例，给出相应的PLC程序。

关键词：变频器；PLC；自由口通讯

0. 引言

我国东北地区是规模大的食用菌生产加工出口基地之一。随着市场需求的不断增加，生产能力的逐渐扩大，生产设备的老化与滞后问题突显出来。培养基二次发酵是某企业一个重要的生产过程，是食用菌生产的基础工序。目前，该公司有6个培养基二次发酵隧道。每个隧道配置8个温度传感器，分别布置在发酵隧道的入风口、出风口和培养基中，用于检测发酵过程温度。每个隧道配置一台风机和风门，用于调节发酵隧道的温度，达到整个发酵过程的要求。现阶段,该公司采用人工的方法监控隧道温度，并用手动的方法调节风机转速和风门开度。自动化水平低、耗能高、人力资源的浪费等诸多问题急需解决。

在传统的PLC 变频控制集成系统中，变频器的启动/停止与故障监控由PLC 通过开关量实现端对端控制。变频器频率是由PLC通过模拟量输出端口输出0～5（10）V 或4～20mA 信号控制，需要PLC 配置昂贵的模拟量输出端口模块。变频器出现故障时由PLC读取变频器的故障报警触点，对具体故障原因并不清楚，需查询变频器报警信息后再阅读变频器说明书才知道。随着交流变频控制系统及通讯技术的发展，可以利用PLC及变频器的串行通讯的方式来实现PLC 对变频器的控制。

在工业自动化控制系统中，为常见的是PLC 和变频器的组合应用，并且产生了多种多样的PLC 控制变频器的方法，其中采用RS-485通讯方式实施控制的方案得到广泛的应用：因为它抗干扰能力强、传输速率高、传输距离远且造价低廉。本文就是针对该公司的自动化问题，应用PLC与变频器的串行通讯，实现风机的变频调速和远程监控[1]。

1.变频器通讯的系统配置

1.1 变频器的选择

易能电气的EDS1000 系列变频调速器提供串行通讯技术的支持。它所支持的串行通讯技术包括标准RS-485、PROFIDRIVE、LONWORKS在内的多种现场总线方式。其中，RS-485通讯方式为用户提供了无需附加任何费用的、为廉价实用的串行通讯方式。只需按照EDS1000变频器规定的通讯数据结构、控制字和状态字格式发送数据即可实现与变频的通讯。

1.2 PLC 的选择

西门子工控产品在工控领域应用市场中有较高的占有率。S7-200 系列是西门子SIMATIC PLC 家族中的小规模PLC成员，自由通讯口方式是S7-200 PLC 的一个特色的功能，它使S7-200 PLC可以由用户自己定义通讯协议。利于自由通讯口方式，在本系统中PLC可以与变频器方便连接。PLC通过自由通讯口方式与变频器通讯，控制变频器的运行，读取变频器自身的电压、电流、功率、频率和过压、过流、过负荷等全部报警信息等参数，这比通过外部端口控制变频器的运行具有较高的可靠性，节省了PLC宝贵的I/0 端口，又获的了大量变频器的信息。在本例中，作者将按照自由口协议来对S7-200 的自由口进行编程[2]。

1.3 系统硬件组成

EDS-1000 系列变频器R-485 接口与西门子S7-200 系列226CPU 型PLC 的自由通讯口1的配线图，如图1所示。PLC 为主机，变频器为从机，主从机点对点通讯。

1.4 硬件安装方法

（1）用网线专用压接钳将电缆的一头和RJ45 水晶头进行压接；另一头则按西门子PLC自由通讯口的针口排列，与DB-9专用转接插头相连。

（2）将RJ45 电缆分别连接变频器的PU 口，把DB-9 专用转接插头与S7-200 PLC 的自由通讯口1 相连

2. 变频器通讯原理

EDS1000 系列变频器的串行通讯为异步半双工的方式，使用字节奇偶校验。PLC为主机，变频器为从机，系统电码的传输由主机控制，主机不断发出某个地址的电码给从机，等待从机的响应。主机多能带31个从机，在有中继器的情况下，可以增加到126个从机，也就是从机的地址多可以设定到126。通讯时，传输的默认格式和传输速率为：8-N-1，9600bps。传输的数据命令帧格式表1所示。

上述数据结构中：

（1）帧头：为字符“～”（即十六进制7E），单字节。

（2）从机地址：从机的本机地址，占用两个字节，ASCII 格式。变频器出厂设置为01。

（3）主机命令/从机响应：主机发出的命令，从机对命令的应答。占用双字节，采用
ASCII 格式。

（4）辅助索引/命令索引/故障索引：对于主机，辅助索引、命令索引用于配合主机命令实现具体功能。对于从机，辅助索引、命令索引用于从机上报故障状态码，命令索引不作改动，直接上报。数据类型为16进制，4 个字节，ASCII 格式。命令索引占用低二个字节，辅助索引占用高二个字节，数据范围为“00”～“FF”。

（5）校验和：数据含义为帧校验，占用四个字节，ASCII 格式。计算方法为“从机地址”到“运行数据”全部字节的ASCII码值的累加和。

（6）帧尾：十六进制0D，单字节[3]

3. PLC 编程示例

本文结合发酵隧道控制系统的需要，考虑其实用性，本系统主要是设置变频器的运行频率和读取变频器的参数。

3.1 变频器的运行频率设定程序

PLC 在次扫描时执行初始化子程序，对通讯端口进行设置。本例运用端口1进行通讯，变频器地址为01。例如：设定值为40.00HZ，格式：“～010C00010FA0027C\R”，程序如下：

Network 1 https://初次扫描，进行初始化操作，置传送字节数。https://
LD SM0.1
MOVB 18, VB199
Network 2 https://若SM0.7=1，允许自由口模式https://
LD SM0.7
MOVB 9, SMB130
Network 3 https://若SM0.7=0，允许PPI/从站模式https://
LDN SM0.7
R SM130.0, 1
Network 4 https://初始化从机运行频率给定命令https://
MOVB 0, MB2
MOVB 18, MB3
Network 2 https://连接字符接收中断到中断程序0https://
LD SM0.7
ATCH INT_0:INT1, 25
ENI
Network 3 https://若MB2=MB3 时，则：计数器清0，恢复初始状态https://
LDB= MB2, MB3
MOVB 0, MB2
MOVD &VB320, VD316
中断进行接收数据程序如下：
Network 1 https://断开中断，将数据放入数据区https://
LD SM0.0
DTCH 25
MOVB SMB2, ＊VD316
INCD VD316
INCB MB2

4. 结束语

使用此方法采用西门子S7200 系列226 型CPU 的PLC 通过自由口1，使用RS-485 协议对易能EDS1000型变频器进行控制，极大地减少了线路连接的复杂性，避免了现场可能的各种电磁干扰对控制设备的影响。