一种低成本数字量信号传输方法的应用

王 巍，李雷洪，邹淑华，刘 铮

（莱芜钢铁集团有限公司，山东 莱芜271104）

1 前 言

钢铁企业很多场合采用PLC系统通过通讯方式（如PROFIBUS、PROFINET等通讯协议）控制变频器拖动电机运行，同时PLC通过通讯网络读取变频器的状态字、电流、转速、转矩等运行数据。通常为了减小谐波干扰，PLC控制柜与变频传动柜安装距离较远，以往变频柜中的许多数字量信号大都通过硬接线方式接入PLC的数字量输入模板（如变频器主电源断路器已合闸、控制电源断路器已合闸等），如果西门子SINAMICS变频器与PLC系统之间采用通讯控制方式，这种直接将数字量信号接入PLC数字量输入模板的信号传输方式就并不适用。不但增加信号电缆、PLC数字量模板、施工及维护成本，而且设备故障点较多可靠性较差。充分利用现有变频器和PLC系统之间的通讯网络实现低成本信号传输，可以节约硬件投资、施工及维护成本，同时显著提高设备运行可靠性，本文主要就此种方法进行介绍。以西门子S7-300PLC、G120变频器CU240E-2DP控制单元为例作具体说明。

2 硬接线方式特点

1）电缆投资较多，如电源条件等数字量输入信号通过硬接线方式接入PLC系统的数字量输入模板，线路敷设较长，需要更多的信号电缆。

2）PLC硬件系统投资较多，变频柜的数字量信号通过硬接线方式引入PLC系统，PLC系统需要安装更多的数字量输入模块。

3）施工工作量较大，敷设电缆、线路接线都需要投入较多的人力物力。

4）线路压接点较多，故障点相应增多，平时维护点检难度大。

5）硬接线方式变频柜与PLC之间数字量信号传输系统接线图如图1所示。

图1 硬接线数字量传输方式系统接线图

3 通讯方式

3.1 采用通讯网络方式进行传输的优点

1）充分利用现场已有设备资源，不额外增加电缆及PLC数字量输入模块投资，施工量减小，使用成本降低。

2）电气线路附加原件少、简单可靠、稳定性强、电气故障点少。

3）不但可以实现PLC系统通过与变频器之间通讯方式采集数字量输入信号，在条件具备的情况下还能采集模拟量信号，十分方便。

4）使用世界知名大公司的PLC系统与变频器产品实现，信号传输、处理、转换稳定精度高。

5）技术应用对象较广，除西门子S7-300、S7-400、S7-1200、S7-1500系列 PLC 产品与西门子S120、G120等系列变频器可以使用，同样适用于施耐德、罗克韦尔公司产品。

通讯数字量传输方式系统接线方式不但少用一个6ES7 321 1BL00 0AA0数字量输入模块，而且节省了数字量输入模块与电气室控制柜之间的数字量信号线。

3.2 实施方法

通过通讯方式将数字量信号接入PLC系统方法实现的前提条件是：1）PLC与变频器之间建立实现读写数据的通迅网络；2）变频器控制单元必须有足够的数字量输入端口。

3.2.1 变频器（CU240E-2DP控制单元）参数设置

1）变频器具体参数设置见表1。

表1 G120变频器CU240E-2DP的参数设置

2）通过西门子STARTER软件修改后发送至PLC的数据明细，其中r2089［1］状态字中就包含数字量输入DI0的位状态，并将其状态发送至PLC系统。

3.2.2 S7-300PLC编程

1）组态S7-300PLC与G120变频器的通讯网络，其中PLC与变频器之间通讯报文选择西门子报文352读写各6个字的长度,输入地址（I address）为系统默认PIW256-PIW266，输出地址（O address）为系统默认PQW256-PQW266。

2）以DB1为例，建立S7-300PLC读取变频器相应数据的数据块DB1，其中的数据与变频器侧设置的一一对应，其中DB1.DBW8 PZD5就包含数字量输入DI0的位状态具体地址DB1.DBX9.0，见表2。

表2 DB1数据块列表

3）调用西门子系统功能块SFC14（读取从站数据）和SFC15（写入从站数据）并为程序块各管脚填写参数，编写好程序下装至PLC系统，3）调用西门子系统功能块SFC14(读取从站数据）和SFC15（写入从站数据）并为程序块各管脚填写实参，编写好程序下装至PLC系统，STL程序如下：

变频器线路按要求接好，参数设置完毕，需要重新为变频器上电，随即新的参数设置生效，即可建立PLC与变频器之间的数据传输。这样变频柜内的数字量信号就能实现不用硬接线而通过通讯方式发送至PLC系统。

4 结语

实践表明，利用PLC与变频器之间的通迅与变频器控制单元的数字量输入端口进行变频柜数字量信号传输的方法，相对于硬接线方式变频柜数字量信号传输的方式更加节省信号电缆及PLC模板的用量，且控制线路简单可靠，有效增强设备运行稳定性。