基于S7- 200 PLC USS 协议通信的速度闭环定位控制系统设计.doc

基于 S7- 200 PLC USS 协议通信的速度闭环定位控制系统设计张红霞 刘义才武汉商学院 机电工程与汽车服务学院【摘要】本文将 SIEMENS 公司的 S7-200 PLC 和变频器应用于闭环定位控制系统的自动控制中，通过基于 USS 协议的 RS485 总线进行组网,进行 PLC 和变频器对电机的控制,其中 PLC 和变频器之间的通信设计最为关键可以应用于多个自动化控制系统中，大大节约了项目的开发时间和成本，在实际应用中取得了良好的效果关键词】S7- 200PLC；变频器；USS 协议；闭环控制随着电力电子技术以及控制技术的发展，交流变频调速在工业电机拖动领域得到了广泛应用；可编程控制器 PLC 作为替代继电器的新型控制装置，简单可靠，操作方便、通用灵活、体积小、使用寿命长且功能强大、容易使用、可靠性高，常常被用于现场数据采集和设备的控制；在此，本次设计就是基于 S7-200PLC 的 USS 通信方式的速度闭环定位控制将现在应用最广泛的 PLC 和变频器综合起来通过 USS 协议网络控制实现速度闭环定位控制PLC 根据输入端的控制信号及脉冲信号，经过程序运算后由通讯端口控制变频器运行设定的行程；电机运行到减速值后开始减速；电机运行到设定值后停止运行并锁定。

因此，该系统必须具备以下三个主体部分：控制运算部分、执行和反馈部分控制运算主要由 PLC 和变频器来完成；执行元件为变频器和电机；反馈部分主要为速度反馈S7-200 PLC 通过 USS 协议网络控制 MicroMaster MM420 变频器，控制电动机的启动、制动停和定位控制，并能够通过 PLC 读取变频器参数、设置变频器参数1 系统设计的总体思路系统主要由三个部分构成，即可编程逻辑控制器件 PLC、变频器和电机首先通过设置给定输入给 PLC，再通过 PLC 控制变频器，再经由变频器来控制电机，随后将电机的转速反馈给 PLC，经比较后输出给变频器从而实现无静差调速构成闭环系统就要把速度信息反馈给输入速度的测量可以通过光电编码器和 PLC 来实现速度采集：S7-200 具有高速脉冲采集功能，采集频率可以达到 30KHz，共有 6 个高速计数器（HSC0~HSC5）工作模式有 12 种在固定时间间隔内采集脉冲差值，通过计算既可以获得电动机的当前转速例如：设采样周期为 100ms 即是每隔 100ms 采集脉冲一次，光电开关每转发出 8 个脉冲，那么就可以得到速度为)8601./(mn其中 为采样周期内接受到的脉冲数。

转速 n 的单位为 min/r闭环控制就是将速度信号反馈给 PLC，再通过与给定量比较，输出给 PID 控制部分，从而调节速度使其能达到设定要求具体如图 1 所示图 1 系统结构图2 系统硬件接线与变频器的参数设置西门子S7- 200 和MicroMaster 变频器之间采用通讯协议USS，用户可通过程序调用的方式实现通信，编程的工作量小，是一种费用低使用方便的通讯方式S7- 200 CPU 的通信端口的规格是RS 485，因此将S7- 200 的通信端口与驱动装置的RS485端口连接，在RS485 网络上实现USS 通信无疑是最方便经济的系统硬件接线图如图 2，将 MM440 的通信端子为 P+（29）和 N-（30）分别接至 S7-200通信口的 3 号与 8 号针,以建立 S7-200 与 MM420 变频器的 USS 通信硬件连接其中，I0.1为脉冲输入，I0.2 为启动开关图 2 硬件接线图总线连成后，除在上位机进行编程外，还要在变频器上进行各参数设置，主要如表1：变频器参数 出厂值 设定值 功能说明电机速度闭环控制的机构控制图-速度给定速度反馈信号+ PLC 变频调速系统P0700 1 5 命令源选择P1000 2 5 频率设定值选择（通过 COM 链路的USS）P1135 5.0 0 停止时间P1232 100 150 直流制动电流P1233 0 1 直流制动电流持续时间表 1 变频器参数设置表3 软件设计应用 S7-200PLC 和变频器通过 USS 协议网络控制实现速度闭环定位控制。

要求 PLC 根据输入端的控制信号及脉冲信号，经过程序运算后由通讯端口控制变频器运行设定的行程；电机运行到减速值后开始减速；电机运行到设定值后停止运行并锁定系统软件程序流程图设计如图 3 所示图 3 软件设计程序流程图USS 协议对硬件设备要求低，减少了设备之间布线的数量无需重新布线就可以改变控制功能可通过串行接口设置来修改变频器的参数可连续对变频器的特性进行监测和控制利用 S7-200 CPU 组成 USS 通信的控制网络具有较高的性价比西门子 S7- 200 和MicroMaster 变频器之间采用通讯协议 USS，用户可通过程序调用的方式实现通信，编程的工作量小，是一种费用低使用方便的通讯方式本系统 USS 协议通信部分程序梯形图如图 4 所示 图 4 系统通信部分梯形图程序4 结语本项目运行效果：PLC 根据输入端的控制信号及脉冲信号，经过程序运算后由通讯端口控制变频器运行设定的行程；电机运行到减速值后开始减速；电机运行到设定值后停止运行并锁定，实现了速度的闭环定位自动控制实践证明：西门子变频器与PLC通过USS 协议进行串行通讯，无须购置附件进行系统组态，直接对其组网监控，进行电机闭环调速，是一种低成本、高性能的好途径，这种设计方法具有较大的推广意义。

参考文献】[1]龚仲华．S7-200／300/400PLC 应用技术[M]．北京：人民邮电出版社，2008：4．[2] 陈建明.电气控制与PLC应用.北京：电子工业出版社，2010. [3] 西门子公司.S7-200 可编程控制器系统手册,2005.作者：张红霞，女，1982.05，湖北孝感人，华中科技大学硕士研究生，研究领域：自动控制技术、高等教育，武汉商学院（工作单位） ，讲师， 15802769915（） ，电子邮箱：zhx20012110@，通讯地址：湖北省武汉市，汉阳东风大道 816 号，武汉商学院机电学院，430056。