西门子MM440变频器和plc的洗煤厂(一)
基于西门子变频器MM440和PLC的矿井提升机控制系统
基于西门子变频器MM440和PLC的矿井提升机控制系统 摘要：矿井提升机的主要任务是通过钢丝绳带动一个容器在井筒中升降。随着提升机速度的加快以及提升量的增加，如何保证其可靠性以及技术性就成为关系矿山企业经济效益以及安全的重要问题。文章针对这一问题，从plc的原理及特点入手，基于西门子变频器mm440以及可编程控制器s7-300控制系统，重点的论述了变频调速方案以及控制系统设计，最后对于plc的发展前景进行了展望。
关键词：西门子变频器；mm440；plc；矿井提升机；控制系统 我国目前主要采用的继电器-接触器控制系统，通过改变转子回路串电阻来实现调速。而这种方法可靠性较差、硬件接线复杂、故障率高、控制精度低，同时发生故障所需的修复时间较长，从而严重的干扰了正常的生产效率。可编程控制器作为计算机家族的一员，是为了实现工业控制应用而设计的。为了代替继电器实现逻辑控制，早起制造出可编程控制器，即plc。随着该装置功能的不断提升，其作用早已超越了控制器的范围。
1.plc的原理及特点【西门子MM440变频器和plc的洗煤厂】
其原理可以大致的分为三个阶段：首先是plc通过将待输入的数据及状态通过扫描输入，然后存入i/o映像区的相应单元；然后是plc按照自上而下的顺序进行用户程序扫描；最后是随着扫描用户程序结束，plc开始进入输出刷新阶段。【西门子MM440变频器和plc的洗煤厂】
plc具有以下明显的优势：可靠性强。plc具有极强的抗干扰能力，
西门子MM440变频器和plc的洗煤厂(二)
西门子MM440变频器的缺相保护功能
【西门子MM440变频器和plc的洗煤厂】
西门子变频器是由德国西门子公司研发、生产、销售的知名变频器品牌，主要用于控制和调节三相交流异步电机的速度。并以其稳定的性能、丰富的组合 功能、高性能的矢量控制技术、低速高转矩输出、良好的动态特性、超强的过载能力、创新的BiCo（内部功能互联）功能以及无可比拟的灵活性，在变频器市场 占据着重要的地位。下面就让艾驰商城小编对西门子MM440变频器的缺相保护功能来一一为大家做介绍吧。
1、MM440变频器有电机的缺相保护功能，就是若发生输出缺相就停机的功能。
这个保护是MM430变频器本身就已经具有的。如果输出缺相，变频器会立即报故障F0023停机。
这个功能已经固化在变频器内部了，不需要用户进行设置。一旦变频器输出缺相，变频器会自动报故障F0023停机，不必用户操心参数设置问题。
2、如果是输入电源缺相的话，那MM440变频器是通过检测直流母线电压，发现母线电压过低来以其他形式的故障报出。当负载很轻，或者根本不带 负载时，可能这个缺相问题是体现不出来的；一旦变频器带上比较大的负载了，再发生缺相的话，则变频器肯定会报故障，比如说：欠压故障，或者过流故障等。 艾驰商城是国内最专业的MRO工业品网购平台，正品现货、优势价格、迅捷配送，是一站式采购的工业品商城！具有10年工业用品电子商务领域研 究，以强大的信息通道建设的优势，以及依托线下贸易交易市场在工业用品行业上游供应链的整合能力，为广大的用户提供了传感器、图尔克传感器、变频器、断路 器、继电器、PLC、工控机、仪器仪表、气缸、五金工具、伺服电机、劳保用品等一系列自动化的工控产品。
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西门子MM440变频器和plc的洗煤厂(三)
S7―200PLC在选煤厂的应用
摘要：随着科学技术和经济水平的不断发展，选煤行业在电气自动化、仪表检测、计算机应用上都取得了较为显著的进步，使传统的集中控制体系发生了根本性革命。其中S7-200PLC作为选煤行业的一项杰出应用成果已经在全国范围内被广泛运用，本文竟会对S7-200PLC系统及其在选煤厂中的应用做一详细探讨，以期促进选煤厂的不断发展和进步。 关键词：S7-200PLC；选煤厂；
能源工业是我国国民经济发展的支柱产业，近年来，随着能源资源需求的日益增长，煤炭资源的重要性和不可替代性也逐渐彰显。新时期下，传统输煤选煤系统现场环境恶劣、故障频发、难以始终维持良好的状态等缺陷难以满足经济发展的需求。而可编程控制程序控制器（PLC）技术以其可靠性、高性价比、拓展方便以及防范的工业现场适应性等在选煤行业得到了越来越广泛的认可和运用。
一、 S7-200PLC在选煤厂应用的优越性和可行性。
系统具有突出的监控和控制功能，即可以在监控室监控计算机上集中操作，也可以由分站接口分别操作，操作人员你能够根据需要对系统和控制方式进行选择，使微机单台设备能够具有启动和启停功能，同时还能对不同级别设置不同权限保证系统运行的安全性。具体来说，具有以下功能：启动预告、设备禁止启动、启动/暂停、事故处理、暂停/解除、诊断、网络、通讯、打印，在操作方法上也具有自动、手动及就地三种方式，满足不同情况下的不同生产需求。
二、 S7-200PLC在选煤厂中的实际应用。
一般来说，S7-200PLC在选煤厂中的实际应用主要体现在选煤、运输及煤泥干燥三个方面。
（一）自动配煤控制系统。S7-200PLC系统主要采用三层网络构架（信息层，控制层，设备层），上位机组加PLC的结构。其中信息层以集中控制室为核心，涵盖监控计算机、交换机，和控制层之间由监控室主站实现连接。设备层包括胶带秤、给煤机变频器等，和控制层通过自动配煤分站实现连接。这种结构下，可以实现图形监控、图形显示、数据监控与记录，还带有警报、诊断功能。能够实现选煤系统的自动化，减轻操作人员的劳动强度，同时还能够保证选煤的质量。
（二）皮带运输系统。皮带运输系统除了s7―200PLC，还包含操作系统、Siemens MM440变频器。s7―200PLC的主要作用在于控制运输机的运行速度、启动顺序，如果出现故障时能够及时诊断和报警，从而使得整个系统更为稳定和安全。同时我厂根据皮带运输机运输距离短、负载量不大的特点，选用了转动惯量小、相应快的MM440变频器。该变频器采用微
处理器控制，输出器件为绝缘栅双极晶体管，能够为变频器和电动机提供较高质量的的保护。运行时操作系统向s7―200PLC输出控制指令，进行逻辑控制，并向MM440发送指令，控制运行。
（三）煤泥干燥系统。煤泥干燥系统在近年来越来越受到社会和企业的重视，该系统能够对剩余煤泥实现完全的回收及利用，从而解决了传统煤泥弃置而造成的环境污染，而回收干燥后的煤泥含水量小、粒度小，便与储存，且具有较高的商品价值。同时该技术中采用了中低温或热风干燥技术，系统温度相对较低，粉尘小，作业也较为安全。s7―200PLC的引入能够更好的实现对煤泥干燥系统的控制，使煤泥得到更为有效的利用，提高煤泥的利润性和环保性，因而应当作为企业的一个重要问题进行重视。
系统组成上，由s7―200 PLC、一台上位机利用哦MPI网络组成。其中s7―200PLC主要负责数据采集、信息处理以及警报等；上位机则负责对设备运行进行监控。s7―200PLC系统的逻辑控制包括流程设备逻辑控制、非流程逻辑控制以及闭锁性逻辑控制三个方面。1，流程设备逻辑控制。急停逻辑：系统扫描到急停位置，应启动集中模式，所有设备都进行急停。同时状态的变换逻辑为：就地方式/集中下，操作人员能够无扰转换。开车逻辑：所有设备设备处于“备妥”状态后，发出开车预告，进行启动。如果发生停车或急停时则不能发出预告。停车逻辑： “顺煤流”的顺序停车，采取延时停车对设备进行停止。2，非流程逻辑控制。这个控制系统内均为手动控制设备。联锁的开车和停车均不参与活动，独自控制。3，闭锁性逻辑控制。开启设备时应采取逆煤流启动，顺煤流停止。如果有设备非正常停车，上游的设备应立刻进行联锁停车，防止造成影响其他设备运行，造成事故扩大化。
结束语：
S7-200PLC能够帮助选煤厂降低劳动强度，提高选煤质量和速度，保证系统的运行的安全性和可靠性，同时其突出的环保效益也符合当下企业绿色生产的要求，因而可以在选煤行业中大力推广应用。
参考文献：
[1]柴瑞娟.西门子PLC编程技术及工程应用[M].北京：机械工业出版社，2007.
[2] 张志，杜亚江，朱德桥. 基于OPC技术的上位监控机与PLC的通信程序设计[J]. 兰州交通大学学报. 2009.
[3] 陈欣，王浩宇，郎朗. 基于OPC技术的上位机与西门子PLC的通信[J]. 自动化与仪器仪表. 2008（01）.
西门子MM440变频器和plc的洗煤厂(四)
MM440变频器在管式捻股机上的应用
【摘 要】简单介绍SIEMENS 变频器 MM440的特点以及简述老式捻股机的传动方式及存在的不足，并根据工艺要求设计出变频调速的电气控制系统，给出系统组成和控制框图，介绍变频器和PLC实现USS 通讯的硬件接线及软件设计，给出初始化程序并说明程序运行过程。 【关键词】捻股机；MM440；变频控制；USS 通讯
1 前言
常见的管式捻股机，主要由放线部分、筒体部分、在筒体内的摇篮放线装置部分、筒体安全罩、牵引部分、扭转部分、减速箱、收线部分和电器控制部分等组成。其中筒体部分由连接主电机的皮带所驱动。
传统捻股机牵引部分的转速是筒体主电机转速通过地轴机械连接以及减速箱速比变化后的速度，这样就获得牵引转速和筒体旋转转速间不同的相对转速差，最终实现捻出不同的捻距钢丝绳。新型捻股机的牵引部分和筒提部分在机械上已经分离，由牵引电机和筒体电机分别驱动。这样就省掉了地轴部分，避免了由于机械部件老化磨损引起的机械鼓掌、精度偏差以及机械维护问题。
西门子MM440采用高性能的矢量控制技术，提供低速高转矩输出和良好的动态特性，同时具备超强的过载能力，以满足广泛的应用场合。创新的BiCo功能有无可比拟的灵活性。
主要特征：（1）矢量控制方式，可构成闭环矢量控制，闭环转矩控制；（2）高过载能力，内置制动单元；（3）三组参数切换功能。
控制功能：（1）线性v/f控制，平方v/f控制，可编程多点设定v/f控制，磁通电流控制免测速矢量控制，闭环矢量控制，闭环转矩控制，节能控制模式；（2）独立I/O端子板，方便维护；（3）采用BiCo技术，实现I/O端口自由连接；（4）内置PID控制器，参数自整定；（5）集成RS485通讯接口，可选PROFIBUS-DP/Device-Net通讯模块；（6）具有15个固定频率，4个跳转频率，可编程；（7）可实现主/从控制及力矩控制方式；（8）在电源消失或故障时具有"自动再起动"功能。
该设备使用了3台西门子变频器MM440来分别控制筒体电机、牵引电机以及收线电机。如图1，图中1是筒体驱动装置的基座；7是牵引轮；10是收线机。
图1 管式捻股机工作原理简图
2 硬件组成
因工艺要求，主机筒体、变速和牵引、收线等部分电机的转速需按一定的比例运行，由PLC控制变频器实现。PLC 采用S7 -314。变频器采用MM440 系列，触摸屏采用TP170 系列。通过RS485 通讯接口运用USS 协议，由PLC 完成对各变频器的控制，系统控制框图如图2。
图2 系统控制框图
各变频器的运行指令，运行频率均由PLC发出，整个控制系统接线简单，用一根双绞线连接即可。并分别对触摸屏，PLC，1#变频器，2#变频器，3#变频器设定站号。USS通讯硬件电缆可采用双绞线， S7 -314的PIN4 接MM440的PIN30， S7 -314的PIN11接MM440D的PIN29。通讯采用较高的波特率9.6 KB/s。然后设置MM440 变频器USS通讯的系统参数。
3 软件配置
该系统运用西门子STEP7 软件编写程序，可把各变频器所需要工艺参数存储在PLC 内，
当设备运行时， 通过触摸屏将参数分配给各变频器， PLC内置PID功能块对模拟量进行调节和控制，方便了对模拟量进行调节和控制以及转换，能精确控制变频器的频率。根据不同钢丝绳参数的要求，将3个电机转速的参数转换成相应的频率，值由人机界面输入，各电机启动时间现场调整，系统的3个变频器按照系统设定值运行。
CPU与变频器通讯组态串口通讯可在STEP7软件程序中设置：HW Config中选择ASCII协议；CPU STOP处理为STOP模式；传送波特率9.6bit/s，数据位8位、停止位、奇偶校验为偶校验；信号赋值为半双工方式；在PLC编程中选择站号为3，PDZ和PKW为4。
其他站的PKW和PZD数完全相同，站号连续设定。DB50 ，DB100任选，DB10用于串口通讯块，DB100中的请求数据通过DB50来指向DB10，由SFB60发送，SFB61通过DB10做接收区，由DB50储存在DB100中。程序中PKW发送区为DBW22～28，PZD发送区为DW30～36， PKW 接收区为DBW 38 ～44， PZD 接收区为DBW 45 ～ 52 。程序中调用顺序是FC21 （USS 发送） 、SFB60 （串口发送） 、FC22 （USS 接收） 、SFB61 （串口接收） 。
触摸屏主要实现人机对话、设备操作、参数设定、数据存储、报警等功能。对于触摸屏组态采用PROTOOL6 软件即可。
4 结束语
在捻股机运行过程中，最终客户对设备在低速运行状态下的控制性能要求很高。低速点动时牵引电机必须紧紧跟随主机的速度变化，从而保证低速运行时捻距的稳定。由于此种型号的捻股机捻距大小完全靠主机和从机的速度比来实现，从本质上来说是要保证主机和从机旋转的相位比恒定。
变频控制的捻股机提高了设备的自动化程度，保障了设备的稳定运行，而且可方便地接入企业的生产管理系统，为设备升级、管理水平的提高做好准备。
参考文献：
[1]廖常初主编《S7-300/400 PLC 应用技术》.机械工业出版社，2012.01.01.
[2]天津电气传动设计研究所编著.《电气传动自动化技术手册》.机械工业出版社，2011.5.1.
[3]马宁，孔红著.《S7-300PLC和MM440变频器的原理与应用》.机械工业出版社，2006.9.
西门子MM440变频器和plc的洗煤厂(五)
基于USS协议的西门子PLC与变频器间的通信控制
引言：本文以西门子S7-200系列PLC与MM440变频器为例，介绍了基于西门子公司变频器USS协议的PLC与变频器之间的一种通信控制方法。给出了PLC与变频器之间利用USS协议进行通信控制的控制方法和程序设计步骤。通过该协议通信，可以对变频器的运行参数进行在线监控和远程控制，提高工作效率，减少布线，提高系统的抗扰动能力。 一、前言
计算机及通信技术已成为工业环境中大部分解决方案的核心部分，其在系统中的比重正在迅速增加[1]。在自动化控制系统中，交流电动机的调速控制越来越多的通过变频器来实现，变频器不仅仅作为一个单独的执行机构。在之前的工程施工中，变频器的控制一般是通过数字量或模拟量信号来实现的。变频器在工作时会产生较大的扰动信号，会对控制器产生影响，而产生误动作现象。当控制器与变频器距离较远时，会产生大量的布线问题。随着变频器智能化程度的提高，它们相互之间及同控制系统之间可以通过某种通信方式结合成有机的整体。西门子变频器的USS自由口通信以其通信质量高、成本低廉，在自动控制系统中得到了较为广泛的应用。
二、USS通信协议
2.1 USS协议特点[2]
USS（Universal Serial Interface，即通用串行通信接口）是西门子转为驱动装置开发的通信协议，USS协议的基本特点如下：
1）支持多点通信（因而可以应用在RS485等网络上）。
2）采用单一主站的“主-从”访问机制。
3）每个网络最多可以有32个节点（0-31站，最多31个从站）。
4）简单可靠的报文格式，使数据传输灵活高效。
5）容易实现，成本较低。
USS的工作机制是，通信总是由主站发起，USS主站不断循环轮询各个从站，从站根据收到的指令，决定是否以及如何反应。从站永远不会主动发送数据。从站在以下条件满足时应答：
-接收到的主站报文没有错误，并且本从站在接收到主站报文中被寻址。
上述条件不满足，或者主站发出的是广播报文，从站不会做出任何响应。对于主站来说，从站必须在接收到主站报文之后的一定时间内发，否则主站将视为出错。
2.2 USS协议的通信格式[2]
USS的数据传输方式属于串行异步传输方式（URAT）。USS在串行数据上的传输诊为11为，即一位起始位、八位数据位、一位校验位和一位停止位。
USS协议的报文简洁可靠，高效灵活。报文由一连串的字符组成，协议中定义了特闷的特点功能，USS报文结构包含以下方面的信息，STX为起始字符，总是02H；LGE为报文长度；ADR为从站地址及报文类型，其中Bit0-Bit4表示从站地址（0-31），Bit5=1表示广播发送，Bit6=1表示为镜像发送，用于网络测试，Bit7=1表示为特殊报文；BCC未校验字符，为从STX开始所有字节的异或和。
USS报文结构中净数据区由PKW区和PZD区组成（如表3所示），这两个区域均为变长数据，通过设定这两个区域的参数，在一帧内完成控制数据的同时，可以通过指定参数号完成设备控制参数的读写。
USS净数据区，包含PKW与PZD区，PKW区用于读写参数值、参数定义或参数描述文本，并可修改和报告参数的改变。PKE为参数ID；IND为参数索引；PWEm为参数值数据。PZD区用于在主站何从站之间传递控制和过程数据。控制参数按设定好的固定格式在主、从站之间对应往返。PZD1为主站发给从站的控制字/从站返回主站的状态字；PZD2为主站发给从站的给定/从站返给主站的实际反馈。
三、PLC与变频器的配置
本文中PLC采用CPU226cn，变频器采用MM440，在开始按照USS协议通信前，需要对PLC及变频器进行如下配置。
3.1 PLC配置
PLC配置包含以下方面的内容：
安装USS指令库、初始化通信设置、编写通信程序、设定变频器运行频率、读取变频器参数、指定程序的V存储区、编译下载程序。
3.2 MM440配置
参数设置
P0003=3启用所有参数的读写访问；P0010=1启用快速调试模式；P0304=380电机额定电压；P0305电机额定电流；P0307=电机额定功率；P0310电机额定频率；P0311电机额定转速；P0700=5控制由USS控制；P1000=5频率由USS控制；P1120=2秒加速时间设置成2秒；P1121=2秒减速时间设置成2秒；P2009=0设置USS规格化（=0不规格化 USS 通信设定值，即设定为变频器中的频率设定范围的百分比形式。 =1对USS通信设定值进行规格化，即设定值为绝对的频率数值）；P2010=6RS485通讯设置成9600波特率；P2011=0变频器号（USS地址）（0～31，与程序必须相对应）；P0971=1，上述参数将保存入MM420的EEPROM中。
四、结束语
西门子S7-200的PLC与西门子MM420变频器通过RS485口用西门子的专用协议USS协议进行通讯，应用在小型自动控制系统中。因为USS协议采用轮询方式通讯，所以PLC所带的变频器不能太多，否则会因为超时而造成通讯失败。另外，采用MM420的RS485接口通讯时，变频器上不能安装PROFIBUS-DP通讯板。
参考文献
[1]吴海燕.基于USS协议实现PLC对变频器的控制[J].PLC、工控机与集散控制系统.2006，09.
[2]西门子自动化.如何通过USS协议实现S7-1200与MM440变频器的通信[J].IA&DT Service & Support，A0467.
[3]刘琳霞，潘云忠.变频器的PLC控制方式研究 [J].科技世界，2013，（34）：309.
[4]西门子自动化.MICROMASTER4400.12KW-250KW使用大全[Z].2011.
（作者单位：苏州健雄职业技术学院 电气学院）
http://m.zhuodaoren.com/shenghuo360022/
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