摘 要：本文针对食用菌培养基的发酵工艺，简要介绍风机变频控制系统的组成及其控制过程。分析了该控制系统的缺陷，自动化水平低、可靠性差。结合当今先进的自动化控制技术，择优选择最佳控制方法。提出了采用西门子公司S7-200 系列PLC 的自由口模式与易能公司EDS1000 变频器串行通讯的方法。应用多机通讯原理，PLC 为主机，变频器为从机，主从机点对点通讯。易能电气的EDS1000 系列变频调速器支持的串行通讯标准RS-485 协议，S7-200 PLC 自由通讯口方式的特色功能，使S7-200 PLC 和易能EDS1000 系列变频器通讯协议达成一致。本文以设置变频器的运行频率和读取变频器的参数为例，给出相应的PLC程序。
关键词：变频器；PLC；自由口通讯
0. 引言
我国东北地区是规模最大的食用菌生产加工出口基地之一。随着市场需求的不断增加，生产能力的逐渐扩大，生产设备的老化与滞后问题突显出来。培养基二次发酵是某企业一个重要的生产过程，是食用菌生产的基础工序。目前，该公司有6 个培养基二次发酵隧道。每个隧道配置8 个温度传感器，分别布置在发酵隧道的入风口、出风口和培养基中，用于检测发酵过程温度。每个隧道配置一台风机和风门，用于调节发酵隧道的温度，达到整个发酵过程的要求。现阶段,该公司采用人工的方法监控隧道温度，并用手动的方法调节风机转速和风门开度。自动化水平低、耗能高、人力资源的浪费等诸多问题急需解决。
在传统的PLC 变频控制集成系统中，变频器的启动/停止与故障监控由PLC 通过开关量实现端对端控制。变频器频率是由PLC 通过模拟量输出端口输出0～5（10）V 或4～20mA 信号控制，需要PLC 配置昂贵的模拟量输出端口模块。变频器出现故障时由PLC 读取变频器的故障报警触点，对具体故障原因并不清楚，需查询变频器报警信息后再阅读变频器说明书才知道。随着交流变频控制系统及通讯技术的发展，可以利用PLC 及变频器的串行通讯的方式来实现PLC 对变频器的控制。
在工业自动化控制系统中，最为常见的是PLC 和变频器的组合应用，并且产生了多种多样的PLC 控制变频器的方法，其中采用RS-485 通讯方式实施控制的方案得到广泛的应用：因为它抗干扰能力强、传输速率高、传输距离远且造价低廉。本文就是针对该公司的自动化问题，应用PLC 与变频器的串行通讯，实现风机的变频调速和远程监控[1]。
1. 变频器通讯的系统配置
1.1 变频器的选择
易能电气的EDS1000 系列变频调速器提供串行通讯技术的支持。它所支持的串行通讯技术包括标准RS-485、PROFIDRIVE、 LONWORKS 在内的多种现场总线方式。其中，RS-485通讯方式为用户提供了无需附加任何费用的、最为廉价实用的串行通讯方式。只需按照EDS1000 变频器规定的通讯数据结构、控制字和状态字格式发送数据即可实现与变频的通讯。
1.2 PLC 的选择
西门子工控产品在工控领域应用市场中有较高的占有率。S7-200 系列是西门子SIMATIC PLC 家族中的小规模PLC 成员，自由通讯口方式是S7-200 PLC 的一个特色的功能，它使S7-200 PLC 可以由用户自己定义通讯协议。利于自由通讯口方式，在本系统中PLC可以与变频器方便连接。PLC 通过自由通讯口方式与变频器通讯，控制变频器的运行，读取变频器自身的电压、电流、功率、频率和过压、过流、过负荷等全部报警信息等参数，这比通过外部端口控制变频器的运行具有较高的可靠性，节省了PLC 宝贵的I/0 端口，又获的了大量变频器的信息。在本例中，作者将按照自由口协议来对S7-200 的自由口进行编程[2]。
1.3 系统硬件组成
EDS-1000 系列变频器R-485 接口与西门子S7-200 系列226CPU 型PLC 的自由通讯口1的配线图，如图1 所示。PLC 为主机，变频器为从机，主从机点对点通讯。
1.4 硬件安装方法
（1）用网线专用压接钳将电缆的一头和RJ45 水晶头进行压接；另一头则按西门子PLC自由通讯口的针口排列，与DB-9 专用转接插头相连。
（2）将RJ45 电缆分别连接变频器的PU 口，把DB-9 专用转接插头与S7-200 PLC 的自由通讯口1 相连
2. 变频器通讯原理
EDS1000 系列变频器的串行通讯为异步半双工的方式，使用字节奇偶校验。PLC 为主机，变频器为从机，系统电码的传输由主机控制，主机不断发出某个地址的电码给从机，等待从机的响应。主机最多能带31 个从机，在有中继器的情况下，可以增加到126 个从机，也就是从机的地址最多可以设定到126。通讯时，传输的默认格式和传输速率为：8-N-1，9600bps。传输的数据命令帧格式表1 所示。
上述数据结构中：
（1）帧头：为字符“～”（即十六进制7E），单字节。
（2）从机地址：从机的本机地址，占用两个字节，ASCII 格式。变频器出厂设置为01。
（3）主机命令/从机响应：主机发出的命令，从机对命令的应答。占用双字节，采用
ASCII 格式。
（4）辅助索引/命令索引/故障索引：对于主机，辅助索引、命令索引用于配合主机命令实现具体功能。对于从机，辅助索引、命令索引用于从机上报故障状态码，命令索引不作改动，直接上报。数据类型为16 进制，4 个字节，ASCII 格式。命令索引占用低二个字节，辅助索引占用高二个字节，数据范围为“00”～“FF”。
（5）校验和：数据含义为帧校验，占用四个字节，ASCII 格式。计算方法为“从机地址”到“运行数据”全部字节的ASCII 码值的累加和。
（6）帧尾：十六进制0D，单字节[3]
3. PLC 编程示例
本文结合发酵隧道控制系统的需要，考虑其实用性，本系统主要是设置变频器的运行频率和读取变频器的参数。
3.1 变频器的运行频率设定程序
PLC 在第一次扫描时执行初始化子程序，对通讯端口进行设置。本例运用端口1 进行通讯，变频器地址为01。例如：设定值为40.00HZ，格式：“～010C00010FA0027CR”，程序如下：
Network 1 //初次扫描，进行初始化操作，置传送字节数。//
LD SM0.1
MOVB 18, VB199
Network 2 //若SM0.7=1，允许自由口模式//
LD SM0.7
MOVB 9, SMB130
Network 3 //若SM0.7=0，允许PPI/从站模式//
LDN SM0.7
R SM130.0, 1
Network 4 //初始化从机运行频率给定命令//
MOVB 0, MB2
MOVB 18, MB3
Network 2 //连接字符接收中断到中断程序0//
LD SM0.7
ATCH INT_0:INT1, 25
ENI
Network 3 //若MB2=MB3 时，则：计数器清0，恢复初始状态//
LDB= MB2, MB3
MOVB 0, MB2
MOVD &VB320, VD316
中断进行接收数据程序如下：
Network 1 //断开中断，将数据放入数据区//
LD SM0.0
DTCH 25
MOVB SMB2, ＊VD316
INCD VD316
INCB MB2
4. 结束语
使用此方法采用西门子S7200 系列226 型CPU 的PLC 通过自由口1，使用RS-485 协议对易能EDS1000 型变频器进行控制，极大地减少了线路连接的复杂性，避免了现场可能的各种电磁干扰对控制设备的影响。
