基于S7-200 PLC USS協(xié)議通信的速度閉環(huán)定位控制系統設計

可以應用于多個(gè)自動(dòng)化控制系統中，大大節約了項目的開(kāi)發(fā)時(shí)間和成本，在實(shí)際應用中取得了良好的效果。

0 引言

隨著(zhù)電力電子技術(shù)以及控制技術(shù)的發(fā)展，交流變頻調速在工業(yè)電機拖動(dòng)領(lǐng)域得到了廣泛應用;可編程控制器PLC作為替代繼電器的新型控制裝置，簡(jiǎn)單可靠，操作方便、通用靈活、體積小、使用壽命長(cháng)且功能強大、容易使用、可靠性高，常常被用于現場(chǎng)數據采集和設備的控制;在此，本次設計就是基于S7-200PLC的USS通信方式的速度閉環(huán)定位控制。

將現在應用最廣泛的PLC和變頻器綜合起來(lái)通過(guò)USS協(xié)議網(wǎng)絡(luò )控制實(shí)現速度閉環(huán)定位控制。PLC根據輸入端的控制信號及脈沖信號，經(jīng)過(guò)程序運算后由通訊端口控制變頻器運行設定的行程;電機運行到減速值后開(kāi)始減速;電機運行到設定值后停止運行并鎖定。因此，該系統必須具備以下三個(gè)主體部分：控制運算部分、執行和反饋部分?？刂七\算主要由PLC和變頻器來(lái)完成;執行元件為變頻器和電機;反饋部分主要為速度反饋。

S7-200 PLC通過(guò)USS協(xié)議網(wǎng)絡(luò )控制Micro-Master MM420變頻器，控制電動(dòng)機的啟動(dòng)、制動(dòng)停和定位控制，并能夠通過(guò)PLC讀取變頻器參數、設置變頻器參數。

1.系統設計的總體思路

系統主要由三個(gè)部分構成，即可編程邏輯控制器件PLC、變頻器和電機。首先通過(guò)設置給定輸入給PLC,再通過(guò)PLC控制變頻器，再經(jīng)由變頻器來(lái)控制電機，隨后將電機的轉速反饋給PLC,經(jīng)比較后輸出給變頻器從而實(shí)現無(wú)靜差調速。構成閉環(huán)系統就要把速度信息反饋給輸入。速度的測量可以通過(guò)光電編碼器和PLC來(lái)實(shí)現。

速度采集：S7-200具有高速脈沖采集功能，采集頻率可以達到30KHz,共有6個(gè)高速計數器(HSC0~HSC5)工作模式有12種。在固定時(shí)間間隔內采集脈沖差值，通過(guò)計算既可以獲得電動(dòng)機的當前轉速。

例如：設采樣周期為100ms即是每隔100ms采集脈沖一次，光電開(kāi)關(guān)每轉發(fā)出8個(gè)脈沖，那么就可以得到速度為：

其中Δm為采樣周期內接受到的脈沖數。

轉速n的單位為r /min.

閉環(huán)控制就是將速度信號反饋給PLC,再通過(guò)與給定量比較，輸出給PID控制部分，從而調節速度使其能達到設定要求。具體如圖1所示。

2.系統硬件接線(xiàn)與變頻器的參數設置

西門(mén)子S7-200和MicroMaster變頻器之間采用通訊協(xié)議USS,用戶(hù)可通過(guò)程序調用的方式實(shí)現通信，編程的工作量小，是一種費用低使用方便的通訊方式。S7-200 CPU的通信端口的規格是RS 485,因此將S7-200的通信端口與驅動(dòng)裝置的RS485端口連接，在RS485網(wǎng)絡(luò )上實(shí)現USS通信無(wú)疑是最方便經(jīng)濟的。

系統硬件接線(xiàn)圖如圖2所示，將MM440的通信端子為P+(29)和N-(30)分別接至S7-200通信口的3號與8號針，以建立S7-200與MM420變頻器的USS通信硬件連接。其中，I0.1為脈沖輸入，I0.2為啟動(dòng)開(kāi)關(guān)。

總線(xiàn)連成后，除在上位機進(jìn)行編程外，還要在變頻器上進(jìn)行各參數設置，主要如表1:

3.軟件設計

應用S7-200PLC和變頻器通過(guò)USS協(xié)議網(wǎng)絡(luò )控制實(shí)現速度閉環(huán)定位控制。要求PLC根據輸入端的控制信號及脈沖信號，經(jīng)過(guò)程序運算后由通訊端口控制變頻器運行設定的行程;電機運行到減速值后開(kāi)始減速;電機運行到設定值后停止運行并鎖定。系統軟件程序流程圖設計如圖3所示。

USS協(xié)議對硬件設備要求低，減少了設備之間布線(xiàn)的數量。無(wú)需重新布線(xiàn)就可以改變控制功能?？赏ㄟ^(guò)串行接口設置來(lái)修改變頻器的參數?？蛇B續對變頻器的特性進(jìn)行監測和控制。利用S7-200 CPU組成USS通信的控制網(wǎng)絡(luò )具有較高的性?xún)r(jià)比。西門(mén)子S7-200和MicroMaster變頻器之間采用通訊協(xié)議USS,用戶(hù)可通過(guò)程序調用的方式實(shí)現通信，編程的工作量小，是一種費用低使用方便的通訊方式。本系統USS協(xié)議通信部分程序梯形圖如圖4所示。

4.結語(yǔ)

本項目運行效果：PLC根據輸入端的控制信號及脈沖信號，經(jīng)過(guò)程序運算后由通訊端口控制變頻器運行設定的行程;電機運行到減速值后開(kāi)始減速;電機運行到設定值后停止運行并鎖定，實(shí)現了速度的閉環(huán)定位自動(dòng)控制。

實(shí)踐證明：西門(mén)子變頻器與PLC通過(guò)USS協(xié)議進(jìn)行串行通訊，無(wú)須購置附件進(jìn)行系統組態(tài)，直接對其組網(wǎng)監控，進(jìn)行電機閉環(huán)調速，是一種低成本、高性能的好途徑，這種設計方法具有較大的推廣意義。