PLC控制变频器技术在桥式起重机改造中的应用

2 各模块的功能

　　在改进后的桥式起重要控制系统中，PLC控制系统的主要任务，是接受外部开关信号(如按钮、继电器)的输入，判断当前的系统状态以及输出信号控制接触器、继电器等器件，以完成相应的控制任务。除此之外，PLC控制系统还要接受上位机的控制命令，以自动进行采样。PLC的软件设计部分，采用模块化的方法，程序共有4个模块，即按钮处理模块、通信模块、PID控制模块、故障报警模块。

　　(1)按钮处理模块。主要处理各个电动机和电磁阀的启停控制。

　　(2)通讯模块。由于系统主要由PLC控制变频器完成对电机的控制，因此，通讯模块主要是接收主令控制器、按钮开关等发出的控制指令，集中在CPU中进行运算，并将程序运算结果通过输出模块和Profibus现场总线传送给变频器等执行设备，从而驱动电动机完成生产任务。

　　(3)PID控制模块。桥式起重机主副起升机构速度的控制，是一很重要的技术指标，本系统通过使用旋转编码器测得电动机速度，由数模转换卡转换成数字量传递给变频器，与预先设定速度进行比较，采用常规的PID控制算法，在效果上就能够达到较为理想的结果。因此，本系统起升机构控制方案，为常规的数字PID算法并结合PLC中的PID控制模块来完成。

　　(4)故障报警模块。为了能够实时显示故障信息，以便尽快地排除故障，确保整个系统正常运行，控制系统应具有良好的故障报警功能。所以在PLC程序设计中，始终对相应的传感器输入信号进行扫描，一旦有诸如变频器故障、超重等故障现象出现，可以立即切断该设备，并启动蜂鸣器进行报警。考虑到工业现场可能的干扰，在程序中采用延迟报警控制，即只有当报警信号持续一定的时间(一般为数十毫秒到数百毫秒)才认为有故障。报警处理利用组态软件的画面元素和PLC变量直接对应，无需编程。

3 PLC与变频器的通讯

　　由于采用变频器对起重机电机进行调速，所以本系统中对起重机的调速，实际上就是对其变频器的控制。西门子S7系列PLC支持多种通信协议。控制系统使用的S7—200CPU支持一个或多个协议，包括通用协议和公司专用协议。专用协议包括点到点(point—to—point)接口协议(PPI)、多点(Multi—Point)接口协议(MPI)、Profibus通讯协议、自由通信协议和USS协议等。

　　本系统采用工业触摸屏监控起重机变频调速系统主要由上位机、下位机，经MPI多点接口卡与PLC连接，组成一个小型的MPI网。S7—200向人机界面产品提供全局数据服务，其数据传输速率位187.5kB/s。

　　3.1上位机和PLC之间的通信设计

　　(1)硬件设计。上位机(PC)通过CP561l卡与PLC的串行通信接口连接，对PLC进行集中监视和管理。

　　(2)软件设计。变量是上位机与PC之间，用于数据交换的最重要的通讯方式，PLC和上位机通讯，是通过变量来实现的。

　　变量有两种类型：全局变量和局部变量。全局变量是带有PLC链接的变量，其在PLC上占据一个定义的存储器地址，从上位机与PLC都可以对之进行读、写访问，是通信的关键；局部变量不连接到PLC上，仅在上位机上使用。

　　表1为系统变量表。

　　STEP 7-Micro/Win32软件工具包，提供了LISS通信协议，从减少软件的工作量和提高可靠性出发，采用LISS协议来完成PLC与变频器的通信。与变频器的通信，对PLC的CPU扫描是异步的，完成一个变频其通信事务通常需要数次CPU扫描。这取决于连接的变频器数目、波特率以及CPU的扫描时间。