6GK7243-1EX01-0XE0规格参数

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1  引言
液位控制是工业生产过程中常见环节。
通过基于NetLinx网络的水箱液位控制系统,搭建了以ControlLogix系统为,以ControlLogix5561 PLC为控制器,以THJ-2水箱为控制对象,通过Ethernet上的PC机进行远程监控的系统。并针对实际应用,利用RSView32对上位机的人机监控进行设计,实验结果表明,该系统可为研究水箱液位控制系统的网络化控制提供实验基础。

2  系统NetLinx网络架构
现场总线技术是指把单个分散的测量控制设备变成网络节点,以现场总线为纽带,把它们连接成可以相互沟通讯息、共同完成自控任务的网络系统与控制系统。在众现场总线中,具有代表性之一的是罗克韦尔自动化公司推出的工业网络体系:Netlinx三层网络架构,NetLinx体系结构中的各层网络的层协议均采用面向对象的控制与信息协议CIP。

NetLinx网络通过设备网网络、控制网网络、以太网网络以及这些网络的节点提供各种连接。本设计利用罗克韦尔三层网络体系建立了系统总体结构:上层是工厂管理级监控系统,采用以Ethernet/IP为基础的通信网络;中间层是车间级监控系统,采用以ControlNet为基础的通信网络;底层是现场设备级控制系统,采用以DeviceNet为基础的通信网络,实现了从层到车间层的无缝集成策略[2]。

3  水箱液位控制系统的实现
3.1  系统硬件总体设计基于Netlinx网络的水箱液位控制系统如图2所示。采用了ControlLogix系列PLC,它由处理器1756-L61模块、以太网通讯模块1756-ENBT、模拟量输入模块1756-IF8、模拟量输出模块1756-OF8、电源模块1756-PA72/C、1756-A10机架组成。液位控制系统的液位信号、电动调节阀输入信号以及电磁阀输入信号分别通过模拟量输入模块1756-IF、模拟量输出模块1756-OF和数字量输出模块1756-OW16I与1756-L61控制器模块建立连接,ControlLogix5561的以太网通信通过金浪KN-S1016P+系列交换机与上位机建立。
3.1.1  控制器
本系统采用的ControlLogix PLC控制器。ControlLogix系统是一个模块化系统,出了传统意义上的可编程逻辑控制器,采用全新的设计理念和技术,将NetLinx通信架构中的生产者/消费者通信模式应用到它的背板总线(ControlBus),使得插槽上的每个模块甚至是处理器都可以视为ControlBu背板总线上的节点。又由于EtherNet/IP网络、Control-Net网络和DeviceNet网络,都采用了CIP(通用工业协议)作为其网络应用层协议,使得 ControlBus背板总线在连接不同网络的通讯模块后,实现了网络之间的信息路由和无缝连接。
3.1.2  控制对象
水箱:包括下水箱和储水箱。水箱底部均接有扩散硅压力变送器(带数显),可对水箱的压力和液位进行变送。
3.2  系统软件总体设计
软件设计包括以下四个方面:通过RSLinx软件建立通信通道;通过RSLogix 5000软件对控制器进行逻辑编程;通过RSNetworx软件对控制网进行设定和配置;通过RSView32软件设计人机监控界面。1)  建立通信通道:罗克韦尔自动化实验室的所有PLC和上位机都通过交换机连接在同一个局域网中,通过RSLinx软件建立通信通道,上位机可以通过以太网访问局域网中的任何一台PLC。
(2)  逻辑编程:本设计通过RSLogix 5000软件编写电机控制梯形图程序。RSLogix5000软件符合IEC61131-3标准,是一个包含编程、诊断、在线监控等功能的集成系统开发平台。系统的主要功能是为控制工程师和系统编程人员一个可以把他们的程序概念转变成一系列的程序图和定义用于快速地创建可执行程序。 
(3)  网络规划:变频器和测速发电机等硬件设备均是通过远程I/O就扣挂接在控制网上,通过RSNetworx软件对控制网进行设定和配置,可以PLC上的网络模块。
(4)  组态人机监控界面:本文采用RSView32软件组态人机监控界面,以实现整套控制系统得远程监控。组态监控画面图4所示

4  参数设定与
本设计中使用RSLogix5000 PIDE Faceplate Control面板进行PID参数的整定。RSLogix5000 PIDE自动整定提供了一个简易的开回路的自动整定,它固定在PIDE指令中,可以通过设置和读取控制器中合适的自动调节数据结构值来进行自动调节,观察响应曲线的变化,直至响应曲线达到令人满意的效果。

5  结束语
本设计利用罗克韦尔开放式网络平台,设计和构建了基于NetLinx网络的水箱液位控制系统。实现了不同层次上设备间的网络通信,设计了水箱液位系统人机监控界面,并进行了PIDE参数的自整定,通过运行和实验证明该系统能达到较好的控制效果。终实现水箱液位系统的网络化控制。罗克韦尔多层网络是基于Netlinx的开放式网络架构,ControlLogix可以作为网关实现不同网络和多个节点的连接,可以同时实现多台设备和多个节点的复杂监控,以实现复杂的流程控制或多设备的协同工作。而本设计只是利用网络构架实现了对一个水箱的控制。实现多节点水箱是进一步研究的方向。

随着城市地产建筑行业的迅猛发展，电梯的安装使用率越来越高。据统计，目前全国在使用的电梯数量达到50万台以上，年耗电量过300亿千瓦时。因此如何采用节能的电梯控制技术，已成为电梯商家及用户十分关注的话题。

目前，国内安装的自动扶梯多采用单速交流电机作为主机，链轮链条式传动，梯级额定速度大多为0.5m/s。这种扶梯即使在无乘客使用时仍以额定速度运行，具有耗能大、机械磨损严重、使用寿命低等缺点。下面将针对这种电梯的不足之处提出具体节能方案。

  全自动扶梯节能改造

在不对扶梯的正常使用产生任何负面影响的前提下，引入无速度传感器矢量变频调速的概念。即变频器根据传感器产生的信号，在有人乘坐时，扶梯以原有速度运行（50Hz）；当无人时，扶梯减速到低速或停止运行。

系统要求变频器启动运行平稳，加速性能好，启动转矩大，过载能力强，同时应具备当变频器调速系统出现故障时，控制系统自动切换到工频运行，扶梯输送功能的正常实施。所以选择了深圳市英威腾电气有限公司的矢量控制技术的CHV110系列一体化节电柜（扶梯），该控制柜内部设计了工/变频切换，同时，集成了扶梯节能运行的控制功能模块，方便用户的使用。

对于客用自动扶梯，一般使用高峰期出现在下午及晚间时段，其余时段使用率较低，具有相当节能空间。根据以上改造原则，从投资成本及自动化水平两方面考虑，拟使用以下变频拖动方案：采用英威腾CHV110一体化变频节能柜（扶梯）驱动电梯主机，变频器采用多段速控制模式，并设置主频率（低速）、多段速频率1（高速）两种运行频率；

● 在电梯尾处各安装一支红外传感器开关，乘客通过电梯时，红外传感器开关被触发并发出开关信号给变频器；

● 有客流时，红外传感开关被触发，变频器立即加速到多段速频率2，并使电梯高速运行；

● 电梯高速运行时，变频器内置计时器开始计时，若在计时的时间段内再无乘客通过电梯，计时结束后变频器将自动切换到多段速频率1，进行低速运行；

● 若在计时器计时期间，有乘客重新触发光电开关，计时器将重新计时；

● 对电梯上行和下行，外围控制采用开关互锁，保证扶梯系统的正常工作；

● 为消耗下行，或者制动过程产生的多余能量，需在变频器上加装制动电阻。

该方案示意图如下，可做上行，也可做下行，二者互锁控制：

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、传输距离远且造价低廉。但是，RS-485的通讯解决数据编码、求取校验和、成帧、发送数据、接收数据的奇偶校验、时处理和出错重发等一系列的技术问题，一条简单的变频器操作指令，有时要编写数十条PLC梯形图指令才能实现，编程工作量大而且繁琐，令设计者望而生畏。
    现介绍一种非常简便的三菱FX系列PLC通讯方式控制变频器的方法：它只需在PLC主机上安装一块RS-485通讯板或挂接一块RS－485通讯模块，在PLC的面板下嵌入一块造价仅数百元的“功能扩展存储盒”，编写4条其简单的PLC梯形图指令，即可实现8台变频器参数的读取、写入、各种运行的监视和控制，通讯距离可达500M或50M。这种方法非常简捷，易掌握。现以三菱门口为范例，将这种“采用扩展存储器通讯控制变频器”的简便方法作一个简单介绍。

1.三菱PLC采用扩展存储器通讯控制变频器的系统配置

1.1系统硬件组成

FX2N系列PLC（门口版本V3.00以上）1台（软件采用FX-PCS/WIN-CV 3.00版）；FX2N-485-BD通讯模（长通讯距离50M）;或FX0N-48DP通讯模块1块+FX2N-CNV-BD板1块（长通讯距离500M）；FX2N-ROM-E1功能扩展存储盒1 块（安装在PLC本体内）；带RS485通讯口的三菱变频器8台（S500系列、E500系列、F500系列、F700系列、A500系列、CV500系列等 ，可以相互混用，总数量不过8台，三菱所有系列变频器的通讯参数编号、命令代码和数据代码相同。）；RJ45电缆（5芯带屏蔽）；终端阻抗器（终端电阻）100Ω；选件：人机界面（如F930GOT等小型触摸屏）1台。

1.2硬件安装方法

1）用网线压接钳将电缆的一头和RJ45水晶头进行压接，另一头则按手册说明的方法连接FX2N-485-BD通讯模板，未使用的2个P5S端头不接。

2）揭开PLC主机左边的面板盖，将FX2N-485-BD通讯模板和FX2N-ROM-E1功能扩展存储器安装后盖上面板。

3）将RJ45电缆分别连接变频器的PU口，网络末端变频器的接受信号端RDA、RDB之间连接一只100Ω终端电阻，以由于信号传送速度、传递距离等原因，有可能受到反射的影响而造成的通讯障碍。

1.3变频器通讯参数设置

为了正确地建立通讯，在变频器设置与通讯有关的参数如“站号”、“通讯速率”、“停止位长/字长”、“奇偶校验”等等。变频器内的Pr.117~Pr.124参数用于设置通讯参数。参数设定采用操作面板或变频器设置软件FR-SW1-SETUP-WE在PU口进行。

1.4变频器设定项目和指令代码举例

1.5变频器数据代码表举例

1.6PLC编程方法及示例

   1）通讯方式

   PLC与变频器之间采用主从方式进行通讯，PLC为主机，变频器为从机，1个网络中只有一台主机，主机通过站号区分不同的从机，它们采用半双工双向通讯，从机只有在收到主

 的读写命令后才发送数据。

   2）变频器控制的PLC指令规格

   3）变频器运行监视的PLC语句表程序示例及注释

   LD  M8000  运行监视

   EXTR  K10  K0  H6F  D0  EXTR  K10  运行监视指令    ；K0：站号0；H6F:频率代码；D0：PLC读取地址（数据寄存器）。

指令解释：PLC一直监视站号为0的变频器的转速（频率）。

   4）变频器运行控制的PLC语句表程序示例及注释

   LD  X0  运行指令由X0输入

   SET  M0  置位M0辅助继电器

LD  M0  EXTR  K11  K0  HFA  H02 EXTR  K11   运行控制指令；K0：站号0；HFA:运行指令；H02：正转指令

AND  M8029  指令执行结束

RST  M0  复位M0辅助继电器

指令解释：PLC向站号为0的变频器发出正转指令

5）变频器参数读取的PLC语句表程序示例及注释

LD  X3  参数读取指令由X3输入

SET  M2置位M2辅助继电器

LD  M2  EXTR  K12  K3  K2  D2  EXTR  K10  变频器参数读取指令；K3：站号3； K2：参数2－下限频率；  D2：PLC读取地址（数据寄存器）

OR  RST  M2  复位M2辅助继电器

指令解释：PLC一直读取站号3的变频器的2 号参数－下限频率。

    6）变频器参数写入的PLC语句表程序示例及注释

      LD  X1  参数变指令由X3输入

      SET  M1  置位M1辅助继电器

      LD  M1  EXTR  K13  K3  K7  K10  EXTR  K13  变频器参数写入指令；  K3：站号3；K7：参数7－加速时间；K10：写入的数值

      EXTR  K13  K3  K8  K10  EXTR  K13  变频器参数写入指令；  K3：站号3；K7：参数7－加速时间；K10：写入的数值

      AND  M8029  指令执行结果

      RST  M1  复位M1辅助继电器

      指令解释：PLC将站号3 的变频器的7 号参数－加速时间、8号参数－减速时间变为10

2.三菱PLC控制变频器的各种方法综合评述与对比

 2.1PLC的开关量信号控制变频器

   PLC（MR型或MT型）的输出点、COM点直接与变频器的STF（正转启动）、RH（高速）、RM（中速）、RL（低速）、输入端SG等端口分别相连。PLC可以通过程序控制变频器的启动、停止、复位；也可以控制变频器高速、中速、低速端子的不同组合实现多段速运行。但是，因为它是采用开关量来实施控制的，其调速曲线一是一条连续平滑的曲线，也无法实现精细的速度调节。这种开关量控制方法，其调速精度无法与采用扩展存储器通讯控制的相比。

 2.2PLC的模拟量信号控制变频器

   硬件：FX1N型、FX2N型PLC主机，配置1路简易型的FX1N-1DA-BD扩展模拟量输出板；或模拟量输入输出混合模块FX0N-3A；或两路输出的FX2N-2DA；或四路输出的FX2N-4DA模块等。

优点：PLC程序编制简单方便，调速曲线平滑连续、工作稳定。

缺点：在大规模生产线中，控制电缆较长，尤其是DA模块采用电压信号输出时，线路有圈套的电压降，影响了系统的稳定性和性。另外，从经济角度考虑，如控制8台变频器，需要2块FX2N-4DA模块，其造价是采用扩展存储器通讯控制的5－7倍。

 2.3PLC采用RS-485无协议通讯方法控制变频器

这是使用得为普遍的一种方法，PLC采用RS串行通讯指令编程。

优点：硬件简单、造价，可控制32台变频器。

缺点：编程工作量较大。而采用扩展存储器通讯控制的编程其简单，从事过PLC编程的技术人员只要知道怎样查表，仅数小时即可掌握。增加的硬件费用也很低。这种方法编程的轻松程度，是采用RS-485无协议通讯控制变频器的方法所无法相比的。

 2.4PLC采用RS-485的Modbus-RTU通讯方法控制变频器

三菱新型F700系列变频器使用RS-485端子利用Modbus-RTU协议与PLC进行通讯。

优点：Modbus 通讯方式的PLC编程比RS-485无协议方式要简单便捷。

缺点：PLC编程工作量仍然较大。

 2.5PLC采用现场总线方式控制变频器

  三菱变频器可内置各种类型的通讯选件，如用于CC-bbbb现场总线的FR-A5NC选件；用于Profibus DP现场总线的FR-AP(A)选件；用于DeviceNet现场总线的FR-A5ND选件等等。三菱FX系列PLC有对应的通讯接口模块与之对接。

优点：速度快、距离远、效、工作稳定、编程简单、可连接变频器数量多。

缺点：造价较高，远远采用扩展存储器通讯控制的造价。

   综上所述，PLC采用扩展存储器通讯控制变频器的方法确有造价低廉、易学易用、性能的优势；若配置人机界面，变频器参数设定和监控将变得加便利。1台PLC和不多于8台变频器组成的交流变频传动系统是常见的小型工业自动化系统，广泛地应用在各个小型工业领域。采用简便控制方法，可以使工程方案拥有通讯控制的诸多优势，又可省去RS-485数据通讯中的诸多繁杂计算，使工程质量和工作效率得到大的提高，但是，这种简便方法也有其缺陷，它只能控制变频器而不能控制其它器件，此外，控制变频器的数量也受到了限制。