基于PLC控制的新型溫度巡檢系統(tǒng)的應用與分析

白 璐

(中色科技股份有限公司，河南 洛陽471039)

在冷軋機中，通常要對傳動電機進行軸承測溫、主極測溫、換向極測溫，同時對工作輥和支承輥軸承溫度也要進行檢測。一般采用PT100來進行溫度檢測，常規(guī)的一臺冷軋機中，PT100最少也要達到24個。在傳統(tǒng)項目設計中，我們通常采用西門子PLC模擬量輸入模塊來實現(xiàn)對溫度信號的采集，此方法采集溫度簡單直接，但成本較高。在最近的幾個項目中，我們采用了一套新型的溫度巡檢控制系統(tǒng)，取得了良好的測量效果，大大降低了成本。此套溫度巡檢系統(tǒng)依然基于PLC控制，采用CBT-1001和YM-T16結合的形式，CBT-1001為Profibus-DP轉Modbus總線橋，YM-T16為16路溫度巡檢模塊。

1 溫度巡檢系統(tǒng)硬件組成

1.1 YM-T16溫度巡檢模塊性能參數(shù)

傳感器為PT100(三線制插拔式)；線補償為單線電阻≤200Ω；測溫范圍-50℃～200℃，測溫精度±1℃；通訊接口為RS485；通訊協(xié)議為MODBUS-RTU；地址范圍為1～255(總線上最多可連接32臺從機)；波特率為1200/2400/4800/9600/19200；校驗位為無校驗。

1.2 CBT-1001總線橋性能參數(shù)

CBT-1001采用標準Profibus DP協(xié)議，支持多種組態(tài)軟件、PLC系統(tǒng)，用于將標準MODBUS總線產(chǎn)品連接至Profibus 總線，產(chǎn)品工作電壓DC15-30V，雙Profibus通訊口設計使接線更方便，Profibus通訊口9600bps～6M bps自適應波特率。

1.3 溫度巡檢系統(tǒng)通訊網(wǎng)絡方案設計

該系統(tǒng)通訊網(wǎng)絡設計為總線橋通過Modbus總線連接溫度巡檢儀，PLC則通過Profibus DP總線連接總線橋。

2 溫度巡檢系統(tǒng)軟件設計

2.1 YM-T16溫度巡檢模塊通訊設置及讀寫數(shù)據(jù)格式

溫度巡檢模塊默認的通訊參數(shù)為，地址1，波特率9600，校驗位無，數(shù)據(jù)位8，停止位1。讀出16個通道的實測后除以10即為實測溫度值，如果讀出的值是32767，則表示該通道傳感器斷線、接線錯誤或者超出最大量程范圍。在我們的項目中，該溫度巡檢模塊存在讀數(shù)據(jù)格式，正確了解通訊的數(shù)據(jù)格式是通訊成功的前提。巡檢模塊的讀數(shù)據(jù)格式如表1所示。

2.2 CBT-1001總線橋通訊設置說明

常規(guī)的冷軋項目設計中，我們采用西門子S7-400PLC，在STEP7軟件中對CBT-1001總線橋進行正確的設置是通訊成功并正確讀取數(shù)據(jù)的關鍵所在。在組態(tài)產(chǎn)品前要安裝總線橋的GSD文件，如圖1所示。需要注意的是，總線橋默認硬件地址是1，硬件配置里模塊地址需和撥碼開關設置的硬件地址保持一致。

表1 巡檢模塊的讀數(shù)據(jù)格式

圖1 總線橋在STEP7里的硬件配置Fig.1 Hardware configuration of bus bridge in STEP7

當在Profibus總線中添加完模塊后，開始DP從站屬性設置，主要是對Modbus通訊口相關參數(shù)的設置，下面對可設置的參數(shù)進行詳細說明。此模塊的Modbus通訊口可實現(xiàn)對多個標準Modbus從設備的掃描，設置好參數(shù)后，模塊的Modbus通訊口將按照各命令端口的先后順序周期性地請求與之相連的從機，需要設置參數(shù)如下：

(1)Modbus Timeout(×10ms)。此參數(shù)設置模塊的Modbus通訊口超時時間，以10ms為單位，設置值為32H(H表示為16進制)，那么命令通道發(fā)出請求后，從機在10ms×50內(nèi)無應答，則認為超時，然后進行后面通道命令的請求。

(2)Modbus Communication Para。Modbus通訊口參數(shù)設置，按Modbus總線參數(shù)設定，一個總線上所有設備的通訊參數(shù)設置要一致。

(3)1# Module addr select。如圖2所示，有1#至12# Module addr select，這可以理解為與本模塊相連的12個Modbus從機設備，也可以理解為模塊一個掃描周期可以去請求的12條命令(以下有相同表示)，其對應于標準Modbus協(xié)議中的ID，即本模塊所訪問的從機設備的ID。

圖2 Modbus從機設備地址設置Fig.2 Modbus slave device address setting

(4)1# Modbus CMD select。如圖3所示，1#至12# Modbus CMD select，用于設置各個命令通道。從前面的介紹我們得知，需要讀取每個溫度測量通道的寄存器地址，在這里我們選取3#CMD即讀取保持寄存器。

圖3 Modbus從機設備功能碼設置Fig.3 Modbus slave device function code setting

(5)1# Profibus REG select。Profibus REG select選擇各個Modbus命令通道所操作的數(shù)據(jù)在Profibus緩存區(qū)域的地址。PIW為本模塊向Profibus主站的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)。 因此， 讀到的Modbus從機的數(shù)據(jù)應當存放在PIW區(qū)域，如1#CMD、2#CMD、3#CMD、4#CMD讀回來Modbus從機的數(shù)據(jù)，PIWx+0，其中x表示本模塊Profibus通訊映射在Profibus總線中的基地址，+0表示本通道緩存起始地址相對于本模塊Profibus通訊映射在Profibus總線中的基地址的偏移量為0，同理PQWx+0為輸出。以WORD為單位，PIWx+0到PIWx+2間隔為1個WORD。

(6)1# Modbus R/W number。此選項規(guī)定Modbus命令通道所請求訪問的Modbus從設備的寄存器個數(shù)及占用的相應Profibus緩沖區(qū)的長度，此值可以為WORD型和BIT型，但在Profibus緩沖區(qū)是WORD對齊，即使是1BIT也占1個WORD，選擇no表示禁止本命令通道，和本命令通道相關的所有參數(shù)設置失效。

(7)Modbus REG high addr、Modbus REG low addr。Modbus REG high addr為 Modbus寄存器地址高字節(jié)，Modbus REG low addr為 Modbus寄存器地址低字節(jié)，Modbus命令所訪問的從設備的Modbus寄存器地址或起始地址。值得注意的是，在對標準Modbus寄存器地址訪問時，此值要訪問的地址減1，如要讀Modbus輸入寄存器30257(十進制表示)，那么這里要設置的值應當是256，設置值按十六進制表示，那么256再轉為十六進制為0100H，即此處要設置Modbus REG high addr為01H，Modbus REG low addr為00H，依次類推。相對于溫度巡檢模塊而言，讀數(shù)據(jù)格式時，寄存器起始地址為0000H。

3 實際應用效果

該套溫度巡檢系統(tǒng)在冷軋機項目中得到了廣泛應用，相比較用西門子模擬量輸入模塊而言，該套系統(tǒng)控制接口比較復雜，但成本降低了4/5。同時，經(jīng)過現(xiàn)場測試，采用分布式布置溫度巡檢模塊，不增加終端電阻的情況下，整套系統(tǒng)通訊情況良好。但為了增強系統(tǒng)的抗干擾能力，我們選擇在該套溫度巡檢系統(tǒng)RS485通訊的開始端和結束端增加一個120Ω終端電阻。綜上所述，這套溫度巡檢系統(tǒng)具有硬件結構簡單、成本低、工作可靠、應用廣泛、測量精度高等特點，完全可以滿足目前軋機上PT100熱電阻溫度測量的控制要求。