詳解西門子PLC與變頻器通信組態(tài)

劉宏曄

摘 要：各大院校機(jī)電類專業(yè)常用的訓(xùn)練設(shè)備一般為三菱或西門子工控設(shè)備，西門子新出的工控設(shè)備產(chǎn)品價(jià)格昂貴，因此配置量少，只有極少數(shù)競(jìng)賽學(xué)生選手會(huì)使用，該文以西門子PLC1500機(jī)型與G120變頻器通訊組態(tài)方式為例對(duì)其進(jìn)行詳解，以供大家參考。

關(guān)鍵詞：西門子；變頻器；通信；組態(tài)

中圖分類號(hào)：TN773 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

西門子PLC1500機(jī)型是近年來(lái)推廣的先進(jìn)工控設(shè)備，使用博途V14版本軟件進(jìn)行編程控制。西門子PLC工控設(shè)備在使用過(guò)程中對(duì)正確的組態(tài)方式的依賴程度很大，組態(tài)步驟如果出錯(cuò)，會(huì)直接導(dǎo)致PLC工控設(shè)備通信失敗無(wú)法使用。在2018年全國(guó)大學(xué)生西門子CIMC智能制造挑戰(zhàn)賽中，因硬件設(shè)備通信組態(tài)失敗，直接導(dǎo)致得分減少而被淘汰的隊(duì)伍不在少數(shù)，所占比重約為40 %左右，問(wèn)題十分嚴(yán)重。西門子PLC工控設(shè)備的通信組態(tài)有不同種類，含PLC與PLC通信、PLC與觸摸屏通信、PLC與變頻器通信、PLC與伺服電機(jī)通信等，該文詳細(xì)解說(shuō)西門子PLC1500機(jī)型與G120變頻器通信具體步驟。組態(tài)變頻器方法有2種：一種是采用GSD文件組態(tài)，該方法組態(tài)的變頻器只能用程序參數(shù)調(diào)試。另一種是采用SINAMICS Startdrive組態(tài)，該方法組態(tài)的變頻器是可用控制面板調(diào)試變頻器，無(wú)須程序參數(shù)調(diào)試，因篇幅所限該文主要介紹采用GSD文件組態(tài)。采用GSD文件組態(tài)設(shè)備方法如下。

1 硬件軟組態(tài)

1.1 創(chuàng)建西門子PLC組態(tài)

該文使用的設(shè)備為PLC 1513-1PN機(jī)型與G120 C型變頻器CU250S-2 PN Vector機(jī)型，打開(kāi)博途軟件，點(diǎn)擊組態(tài)設(shè)備視窗，創(chuàng)建PLC 1513-1PN設(shè)備。

1.2 組態(tài)變頻器

組態(tài)G120變頻器，鼠標(biāo)點(diǎn)擊網(wǎng)絡(luò)視圖，進(jìn)入硬件目錄，選擇其他現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，雙擊選擇所用設(shè)備SINAMCS G120CU250S-2 PN Vector機(jī)型。

2 網(wǎng)絡(luò)通信組態(tài)

2.1 創(chuàng)建報(bào)文

打開(kāi)設(shè)備視圖，鼠標(biāo)雙擊G120變頻器，選擇硬件目錄，點(diǎn)擊子模塊，一般選擇標(biāo)準(zhǔn)報(bào)文1，PZD2/2，點(diǎn)擊設(shè)備概覽，可查看到報(bào)文I/O地址（網(wǎng)絡(luò)PROFINET IO-System連接才能查看到）。

2.2 PLC與變頻器網(wǎng)絡(luò)鏈接

創(chuàng)建報(bào)文后打開(kāi)網(wǎng)絡(luò)視圖，鼠標(biāo)拖拽使PLC 1513-1PN機(jī)型與G120變頻器進(jìn)行PROFINET IO-System鏈接。

2.3 網(wǎng)絡(luò)地址協(xié)議

（1）網(wǎng)絡(luò)視圖中鼠標(biāo)雙擊PLC 1513-1PN機(jī)型，進(jìn)入設(shè)備視圖，點(diǎn)擊網(wǎng)口屬性，常規(guī)項(xiàng)目中，選擇以太網(wǎng)地址，以太網(wǎng)地址項(xiàng)目中設(shè)置IP協(xié)議，IP地址填寫192.168.0.1或其他地址，象192.168.0.70，不能與電腦地址或其他設(shè)備地址重復(fù)發(fā)生沖突，如果與其他設(shè)備地址重復(fù)發(fā)生沖突，就會(huì)顯示紅色，鼠標(biāo)拖拽滑塊向下將畫面移動(dòng)到底，設(shè)備名稱選項(xiàng)框中會(huì)自動(dòng)生成PROFINET默認(rèn)設(shè)備名稱，如需修改設(shè)備名稱，前面的選項(xiàng)勾去掉，即可重新輸入新的設(shè)備名稱。

（2）網(wǎng)絡(luò)視圖中雙擊G120變頻器機(jī)型，進(jìn)入設(shè)備視圖，點(diǎn)擊網(wǎng)口屬性，常規(guī)項(xiàng)目中，選擇以太網(wǎng)地址，以太網(wǎng)地址項(xiàng)目中設(shè)置IP協(xié)議，IP地址可填寫192.168.0.1或其他地址，象192.168.0.2，不能與電腦地址或其他設(shè)備地址重復(fù)發(fā)生沖突，如果與其他設(shè)備地址出現(xiàn)重復(fù)發(fā)生沖突，一樣也會(huì)顯示紅色。鼠標(biāo)拖拽滑塊向下將畫面移動(dòng)到底，自動(dòng)生成PROFINET默認(rèn)設(shè)備名稱，不修改時(shí)使用默認(rèn)名稱，如前面的選項(xiàng)勾去掉，可修改設(shè)備名稱。返回到項(xiàng)目樹(shù)中去，選中PLC_1 [CPU1513-1PN]進(jìn)行編譯，點(diǎn)擊下載。

3 實(shí)際設(shè)備與軟件分配名稱組態(tài)

3.1 更新可訪問(wèn)設(shè)備

編譯下載完成后，在項(xiàng)目樹(shù)中點(diǎn)擊在線訪問(wèn)，選擇電腦網(wǎng)卡設(shè)備，筆者網(wǎng)卡為Intel（R）Centrino（R）Wireless-N 1000 Driver，只需點(diǎn)擊更新可訪問(wèn)設(shè)備即可。

3.2 在線并診斷

更新可訪問(wèn)設(shè)備窗口，顯示在線設(shè)備有PLC 1513-1PN與G120變頻器2種，點(diǎn)擊G120變頻器在線并診斷選項(xiàng)。在線并診斷功能欄中有命名和分配IP地址選項(xiàng)，更改名稱命名與以太網(wǎng)IP地址，設(shè)置完畢后，變頻器硬件停電重新啟動(dòng)一次，博途軟件才能辨識(shí)組態(tài)通訊的控制變頻器G120設(shè)備，否則所組態(tài)硬件及程序控制無(wú)效。

注意要點(diǎn)：

（1）假設(shè)修改G120變頻器名稱為abc，需分配確認(rèn)命名以及以太網(wǎng)IP地址，設(shè)置時(shí)名稱比以太網(wǎng)IP地址重要，名稱不一致，設(shè)備無(wú)法聯(lián)機(jī)通信，如IP地址不一致，博途V14軟件會(huì)進(jìn)行電腦自動(dòng)匹配以太網(wǎng)IP地址。

（2）設(shè)置以太網(wǎng)IP地址，分別設(shè)置PLC 1513-1PN機(jī)型與G120變頻器屬性中以太網(wǎng)IP地址，一般PLC設(shè)置為192.168.0.1地址，G120變頻器設(shè)置為192.168.0.2地址。

（3）注意以太網(wǎng)地址0為區(qū)域段，如改PLC設(shè)置為192.168.2.1地址，G120變頻器設(shè)置需改為192.168.2.2地址，必須保證2機(jī)都在同一區(qū)域段里。

（4）子網(wǎng)掩碼2機(jī)都一樣設(shè)置為255.255.255.0地址。

（5）電腦的IP地址也要與192.168.0.1這個(gè)地址在同一區(qū)域，設(shè)置為192.168.0.3地址，子網(wǎng)掩碼為255.255.255.0地址，電腦、PLC、變頻器都在同一區(qū)域里才能快速通訊，若不在同一地址區(qū)域，象電腦IP地址設(shè)為192.168.5.1時(shí)，通信時(shí)電腦會(huì)全區(qū)域地址掃描，電腦與PLC需經(jīng)過(guò)30 min以上或更長(zhǎng)時(shí)間才能聯(lián)系上，并且每次修改程序后下載都會(huì)耗費(fèi)很長(zhǎng)時(shí)間。

4 組態(tài)流程圖

西門子PLC與變頻器通訊組態(tài)，建議按如圖1所示的組態(tài)流程圖進(jìn)行，這樣較為方便、簡(jiǎn)潔、快速。

5 編寫程序簡(jiǎn)單調(diào)試

5.1 西門子PLC快速調(diào)試變頻器程序

調(diào)試變頻器進(jìn)行基本運(yùn)行，程序中使用MOVE移動(dòng)指令，可分別傳輸網(wǎng)絡(luò)通信16#47f、16#C7f、16#47E、16#4Fe給變頻器，經(jīng)變頻器控制電動(dòng)機(jī)的不同運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。為方便使用軟件進(jìn)行監(jiān)控調(diào)試，創(chuàng)建DB數(shù)據(jù)塊，在數(shù)據(jù)塊中輸入設(shè)置正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、停止、應(yīng)答故障控制，然后分別拖拽到不同運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目的常開(kāi)點(diǎn)。打開(kāi)項(xiàng)目樹(shù)，找到強(qiáng)制表，點(diǎn)擊強(qiáng)制數(shù)據(jù)塊啟動(dòng)，實(shí)現(xiàn)變頻器正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、停止電機(jī)運(yùn)動(dòng)功能，以及當(dāng)出現(xiàn)故障時(shí)，實(shí)現(xiàn)故障應(yīng)答解除功能。程序中16#47f、16#C7f、16#47E、16#4Fe是根據(jù)通訊報(bào)文1要求，運(yùn)用十六進(jìn)制編碼編寫，讀者可查閱G120變頻器手冊(cè)，了解相關(guān)參數(shù)設(shè)置問(wèn)題。如需修改報(bào)文地址，更改時(shí)只需修改第一個(gè)地址，其他地址會(huì)自動(dòng)變更，無(wú)須手動(dòng)變更。一般默認(rèn)報(bào)文1長(zhǎng)度為4個(gè)字節(jié)，程序中QW256控制字，為筆者在此處修改成從256地址開(kāi)始連續(xù)4個(gè)字節(jié)結(jié)束，如圖2所示。

5.2 西門子PLC編寫變頻器轉(zhuǎn)速給定值及轉(zhuǎn)速顯示值程序

調(diào)試變頻器轉(zhuǎn)速給定值及轉(zhuǎn)速顯示值，程序圖中數(shù)據(jù)塊里轉(zhuǎn)速給定值可直接進(jìn)行數(shù)據(jù)填寫輸入，給定數(shù)據(jù)值選用Int實(shí)數(shù)值，輸入轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)，通過(guò)控制字QW258與IW258的輸出輸入，轉(zhuǎn)換出速度顯示值。速度設(shè)定值與速度實(shí)際值是以百分比數(shù)據(jù)作為傳輸，十六進(jìn)制的最高位符號(hào)位為0，那么正滿值為+32767，負(fù)滿值為-32767，范圍為-200 %～200 %，推論+100 %對(duì)應(yīng)+16384，-100 %對(duì)應(yīng)-16384。以驅(qū)動(dòng)器設(shè)定的轉(zhuǎn)速參考值P2000作為對(duì)比，默認(rèn)轉(zhuǎn)速參考值為1 500 rpm，當(dāng)轉(zhuǎn)速設(shè)定值當(dāng)前值為+16384時(shí)，變頻器將以1 500 rpm正轉(zhuǎn)，最終轉(zhuǎn)速不會(huì)超過(guò)變頻器最大轉(zhuǎn)速限值。通過(guò)公式計(jì)算16384/1500=10.922≈11倍率，因此輸入轉(zhuǎn)速給定數(shù)值500 rpm，需乘以11倍率，得出轉(zhuǎn)速設(shè)定值QW258，通過(guò)IW258反過(guò)來(lái)可得出速度顯示值，如圖3所示。

6 結(jié)語(yǔ)

組態(tài)的方法還有很多種，選用何種方法快速組態(tài)，取決于自身掌握的熟練程度，程序的編寫存在多樣性，選擇直接編程或選擇間接編程，思考解題的思路就會(huì)不同。

參考文獻(xiàn)

[1]廖常初.S7-1200PLC編程及應(yīng)用[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2017.