基于ET200的G150变频器与PLC的自动化控制研究

马西锋

摘 要：使用ET200远程分站实现了PLC對G150变频器的调速，详细介绍了PLC中控制字的含义和设置方式，并重点阐述了变频器参数的调试过程。

关键词：ET200；调速；控制字；参数

随着工业控制的快速发展，基于变频器的电气传动越来越受到人们的重视，而ET200的使用又解决了远距离的通信和控制问题，如何快速有效地实现对变频器调速和控制，已经具有重大的实用意义和理论价值。本文主要探讨西门子PLC、ET200以及G150变频器之间的接线、软件编程和变频器参数设置等问题。PLC采用315-2DP，编程软件版本为STEP7 V5.4 SP3，远程分站为ET-200M。

1 硬件介绍

1.1 ET200

ET200是西门子生产的用于实现信号的分站采集和传递的自动化控制设备。这种远程I/O分站主要采集钻台信号，再通过PROFIBUS DP网络送给CPU进行数据和信号运算处理。同时执行处理后的数据。基于PROFIBUS-DP 现场总线的分布式I/O。I/O 传送信号到CPU只需ms 级。只需要很小的空间，能在非常严酷的环境（例如酷热、严寒、强压、潮湿或多粉尘）中使用，其主要应用范围与特点有：

（1）电机启动器：异步电机的单向或可逆启动，7.5kW，最大电流40A，一个站可以带6 个电机启动器。

（2）气动系统：ET 200X 用于阀门控制。

（3）变频器。

（4）智能传感器：光电式编码器或光电开关等与使用ET 200S 进行通信。

（5）安全技术：在冗余设计的容错控制系统或安全自动化系统中使用。包括紧急断开开关，安全门的监控以及众多与安全有关的电路。

1.2 G50变频器

SINAMICS G150 变频调速柜是专门为满足具有恒平方负载特性、性能要求适中而且没有再生反馈的传动系统的要求而设计的。其应用领域包括：石油、冶金、煤矿等行业。而在石油行业，它被广泛应用于转盘、泥浆泵电机的调速控制。

这种无传感器矢量控制的精度保证系统可以用于各种各样的应用场合，因此无需使用附加速度传感器。SINAMICS G150 考虑到了这一点，从而提供了一种满足实际要求的低成本传动系统方案。而且，为保证从规划与设计直到运行阶段都能简便地掌握传动系统，充分考虑到了下列因素，包括：

· 便于维护的紧凑型模块式结构设计

· 简单易懂的规划与设计

· 随时可以连接以简化安装过程

· 采用菜单驱动的快速调试，无需进行复杂的参数设置

· 通过用户友好图形操作面板，采用明文显示或准模拟状态条显示的测量值，实现清楚简便的操作。

1.3 PLC

PLC即可编程控制器（Programmable logic Controller） PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。

PLC 控制系统对于钻机来说；就是钻机模块的大脑和神经。广义上的PLC系统就是指钻机模块的控制系统。操作人员通过PLC系统来实时地控制和检测钻机模块的动作和状态。

PLC控制系统在钻机应用的优点 ：

·控制精度高，动作相应快

·整个电控系统的连锁、保护性能强

·高安全性能，事故、故障的预报警

·钻修数据的可视、查询、存储性能

2 设备连接

为了实现PLC通过ET200对G150变频器的调速，使用Profibus-DP线将它们连接在一起，从而实现了三者之间的数据交换。DP头各自插在每个设备的9针通信接口上，其中插在PLC与变频器接口上的DP头需连终端电阻，即终端开关要拨到on的位置，而连接在ET200上的DP头开关位置拨到off即可。设备硬件连接图如下图1所示。

3 PLC硬件组态与编程

3.1 PLC硬件组态

1.在STEP7编程软件中新建一项目，命名为变频器调试。插入一个300站点并开始硬件组态。在硬件组态对话框中插入一个机架，在机架中按照实际硬件位置组态各个插槽。模块组态完毕就可以组态DP从站了。在网络中，ET200与变频器作为PLC的从站都有自身的从站地址。在刚组态好的机架中双击DP一栏，在出现的对话框中点击属性，之后在属性对话框中设置PLC的站地址，在这里设为2即可，点击新建按钮建立DP网络，之后把ET200添加到该网络中。

2.单击新建的DP线，在右边窗口中选择PROFIBUS-DP，打开并添加与实际订货号一致的ET200M模块，在出现的对话框中设置它的站地址，例如站地址为3，注意不要和网络中其它设备的站地址相冲突，并且要与实际硬件中的地址拨码开关相一致。否则以实际硬件为准。

3.单击刚才添加的ET200M模块，在下方出现的机架栏中组态与实际元件一致的各个SM模块。

4.添加G150变频器。按照添加ET200M的方法在右边树形窗口中添加G150变频器，并设置站地址为4，注意这要与变频器中实际地址拨码开关相一致。

完成上述4个步骤之后，PLC的硬件组态就完成了，接下来就要进行软件编程。

3.2 PLC软件编程

在变频器的调速程序中，数据的发送与接收是靠SFC14和SFC15两个系统功能来完成的。其各个程序结构及含义注释如下。

系统功能SFC15：写DP从站数据，即从PLC写数据到变频器。

LADDR：变频器中存放来自外部数据的地址，数据类型为16进制。

PECORD：PLC内的地址，P#为地址指针，即把PLC中从DB1.DBX0.0开始的4个字节的内容写入到变频器中。

RET-VAL：故障反馈值，显示不同的故障代码。

系统功能SFC14：读DP从站数据，即从变频器中读出数据到PLC中。

LADDR：变频器中存放待发出数据的地址，数据类型为16进制。

PECORD：PLC内的地址，P#为地址指针，即把变频器中读进来的数据存放在PLC内以DB1.DBX4.0开始的4个字节的存储空间中。

RET-VAL：故障反馈值，显示不同的故障代码。

该条语句的含义是当按下外部启停按钮时，电机执行正转。在变频器的16位控制字中，每一位都代表不同的含义。例如第0位定义为电机启停控制位。使该位置1或置0即可控制电机启动和停止。由于变频器中控制字的高低字节与PLC编程中的高低字节相反，即变频器中控制字的最低位对应PLC中的最高位，所以在PLC编程中应使第8位即DB1.DBX1.0置1。

该条语句的含义是给定电机速度，由于写入到变频器中的内容是从DB1.DBX0.0开始的4个字节， 前2个字节用于存放控制字，后字节2个用于存放速度值。PIW为ET-200M中模拟量输入地址。

4 变频器参数输入

变频器上电后，可以进行参数的输入。在变频器操作面板AOP30上按MUNE按键找到参数设置，之后找到全部DO界面，输入必要的参数。在输入各种参数过程中，除了输入电机铭牌上的几个电机参数之外，以下几个参数尤为重要：

P700 电机控制来源，是选择DP控制还是外部端子控制等。

P918 DP从站地址，范围为1-126，这要与实际硬件地址设置一致。

P1000 速度给定，使其为1，即Profidrive方式给定。

P1300 运行方式，使其为1，即选择v/f线性+FCC。

以上步骤完成之后，按下启动按钮，电机即可运行，通过调速手輪即可调节电机速度。同理也可对电机的急停、复位、状态进行设置。设置状态时要用到控制字和状态字中的状态位，这些反映的是当前变频器的运行与故障和停机状态。

5 结论

通过对设备硬件的连接、PLC硬件的组态与编程，以及对变频器控制字的介绍和参数含义的解释，不但从实际操作的层面讲解了变频器以及ET200与PLC的使用过程，而且实现了PLC通过发送给ET200指令进而控制G150变频器的自动化过程控制，对于刚接触或不太熟悉PLC及变频器的人员，本文具有很好的参考和指导意义。