基于PLC控制的新型温度巡检系统的应用与分析

白 璐

(中色科技股份有限公司，河南 洛阳471039)

在冷轧机中，通常要对传动电机进行轴承测温、主极测温、换向极测温，同时对工作辊和支承辊轴承温度也要进行检测。一般采用PT100来进行温度检测，常规的一台冷轧机中，PT100最少也要达到24个。在传统项目设计中，我们通常采用西门子PLC模拟量输入模块来实现对温度信号的采集，此方法采集温度简单直接，但成本较高。在最近的几个项目中，我们采用了一套新型的温度巡检控制系统，取得了良好的测量效果，大大降低了成本。此套温度巡检系统依然基于PLC控制，采用CBT-1001和YM-T16结合的形式，CBT-1001为Profibus-DP转Modbus总线桥，YM-T16为16路温度巡检模块。

1 温度巡检系统硬件组成

1.1 YM-T16温度巡检模块性能参数

传感器为PT100(三线制插拔式)；线补偿为单线电阻≤200Ω；测温范围-50℃～200℃，测温精度±1℃；通讯接口为RS485；通讯协议为MODBUS-RTU；地址范围为1～255(总线上最多可连接32台从机)；波特率为1200/2400/4800/9600/19200；校验位为无校验。

1.2 CBT-1001总线桥性能参数

CBT-1001采用标准Profibus DP协议，支持多种组态软件、PLC系统，用于将标准MODBUS总线产品连接至Profibus 总线，产品工作电压DC15-30V，双Profibus通讯口设计使接线更方便，Profibus通讯口9600bps～6M bps自适应波特率。

1.3 温度巡检系统通讯网络方案设计

该系统通讯网络设计为总线桥通过Modbus总线连接温度巡检仪，PLC则通过Profibus DP总线连接总线桥。

2 温度巡检系统软件设计

2.1 YM-T16温度巡检模块通讯设置及读写数据格式

温度巡检模块默认的通讯参数为，地址1，波特率9600，校验位无，数据位8，停止位1。读出16个通道的实测后除以10即为实测温度值，如果读出的值是32767，则表示该通道传感器断线、接线错误或者超出最大量程范围。在我们的项目中，该温度巡检模块存在读数据格式，正确了解通讯的数据格式是通讯成功的前提。巡检模块的读数据格式如表1所示。

2.2 CBT-1001总线桥通讯设置说明

常规的冷轧项目设计中，我们采用西门子S7-400PLC，在STEP7软件中对CBT-1001总线桥进行正确的设置是通讯成功并正确读取数据的关键所在。在组态产品前要安装总线桥的GSD文件，如图1所示。需要注意的是，总线桥默认硬件地址是1，硬件配置里模块地址需和拨码开关设置的硬件地址保持一致。

表1 巡检模块的读数据格式

图1 总线桥在STEP7里的硬件配置Fig.1 Hardware configuration of bus bridge in STEP7

当在Profibus总线中添加完模块后，开始DP从站属性设置，主要是对Modbus通讯口相关参数的设置，下面对可设置的参数进行详细说明。此模块的Modbus通讯口可实现对多个标准Modbus从设备的扫描，设置好参数后，模块的Modbus通讯口将按照各命令端口的先后顺序周期性地请求与之相连的从机，需要设置参数如下：

(1)Modbus Timeout(×10ms)。此参数设置模块的Modbus通讯口超时时间，以10ms为单位，设置值为32H(H表示为16进制)，那么命令通道发出请求后，从机在10ms×50内无应答，则认为超时，然后进行后面通道命令的请求。

(2)Modbus Communication Para。Modbus通讯口参数设置，按Modbus总线参数设定，一个总线上所有设备的通讯参数设置要一致。

(3)1# Module addr select。如图2所示，有1#至12# Module addr select，这可以理解为与本模块相连的12个Modbus从机设备，也可以理解为模块一个扫描周期可以去请求的12条命令(以下有相同表示)，其对应于标准Modbus协议中的ID，即本模块所访问的从机设备的ID。

图2 Modbus从机设备地址设置Fig.2 Modbus slave device address setting

(4)1# Modbus CMD select。如图3所示，1#至12# Modbus CMD select，用于设置各个命令通道。从前面的介绍我们得知，需要读取每个温度测量通道的寄存器地址，在这里我们选取3#CMD即读取保持寄存器。

图3 Modbus从机设备功能码设置Fig.3 Modbus slave device function code setting

(5)1# Profibus REG select。Profibus REG select选择各个Modbus命令通道所操作的数据在Profibus缓存区域的地址。PIW为本模块向Profibus主站的数据缓冲区。 因此， 读到的Modbus从机的数据应当存放在PIW区域，如1#CMD、2#CMD、3#CMD、4#CMD读回来Modbus从机的数据，PIWx+0，其中x表示本模块Profibus通讯映射在Profibus总线中的基地址，+0表示本通道缓存起始地址相对于本模块Profibus通讯映射在Profibus总线中的基地址的偏移量为0，同理PQWx+0为输出。以WORD为单位，PIWx+0到PIWx+2间隔为1个WORD。

(6)1# Modbus R/W number。此选项规定Modbus命令通道所请求访问的Modbus从设备的寄存器个数及占用的相应Profibus缓冲区的长度，此值可以为WORD型和BIT型，但在Profibus缓冲区是WORD对齐，即使是1BIT也占1个WORD，选择no表示禁止本命令通道，和本命令通道相关的所有参数设置失效。

(7)Modbus REG high addr、Modbus REG low addr。Modbus REG high addr为 Modbus寄存器地址高字节，Modbus REG low addr为 Modbus寄存器地址低字节，Modbus命令所访问的从设备的Modbus寄存器地址或起始地址。值得注意的是，在对标准Modbus寄存器地址访问时，此值要访问的地址减1，如要读Modbus输入寄存器30257(十进制表示)，那么这里要设置的值应当是256，设置值按十六进制表示，那么256再转为十六进制为0100H，即此处要设置Modbus REG high addr为01H，Modbus REG low addr为00H，依次类推。相对于温度巡检模块而言，读数据格式时，寄存器起始地址为0000H。

3 实际应用效果

该套温度巡检系统在冷轧机项目中得到了广泛应用，相比较用西门子模拟量输入模块而言，该套系统控制接口比较复杂，但成本降低了4/5。同时，经过现场测试，采用分布式布置温度巡检模块，不增加终端电阻的情况下，整套系统通讯情况良好。但为了增强系统的抗干扰能力，我们选择在该套温度巡检系统RS485通讯的开始端和结束端增加一个120Ω终端电阻。综上所述，这套温度巡检系统具有硬件结构简单、成本低、工作可靠、应用广泛、测量精度高等特点，完全可以满足目前轧机上PT100热电阻温度测量的控制要求。