PLC控制汽车充电模块思路

PLC控制汽车充电模块思路

余顺利

杜尔涂装系统工程（上海）有限公司  上海市  201799

引言西门子PLC在工控行业中独占鳌头，其中CPU1517F热门工控产品.充电模块选用市场中比较流行的某公司的HSDC7000系列产品。该模块能输出可调的50Vdc～750Vdc和0Adc～50Adc.通过CAN总线实现对模块的操作，并实现控制模块的输出电压电流。

1.项目控制原理

项目用西门子主流编程软件TIA V17编写对充电模块的控制逻辑。由于充电模块只有CAN总线通讯，西门子目前主流网络总线是PROFINET.为了实现PROFINET总线对CAN总线之间的数据传输，需要用到HMS 公司旗下的ANYBUS CAN AB7328产品。CAN 是 Controller Area Network 的缩写（以下称为 CAN）是ISO国际标准化的串行通信协议，其广泛使用于各种行业的自动化设备中，如变频器、人机界面、传感器、马达等。

1.1充电模块介绍

充电模块主要包括：浪涌保护、EMI滤波、交流过压保护、APFC电路、逆变电路、驱动电路、整流回路、L+C滤波、放电回路、控制回路、检测回路、供电系统。其输出特性如图1所示:

                               图1: 输出电压电流关系曲线

1.1.1模块图

模块背面接线图包括三相交流的输入（L1,L2,L3）和直流直流输出(V+,V-)以及CAN接线端子（CAN+,CAN-），如图2所示。

模块正面有CAN拨码开关，拨码选择出不同值对应模块不同地址，方便对不同模块进行控制和数据传输；模块中有3个LED指示灯，不同的颜色表示模块不同的工作状态，如图2所示。

图2: 模块图

1.1.2模块协议介绍

CAN协议中要提到的就是帧的种类,通常分为标准格式和扩展格式。标准格式有 11 个位的标识符，扩展格式有 29 个位的标识符,如表1所示。

由于充电模块协议遵循的是扩展格式的帧类型，如图4所示。项目在对模块进行收发控制指令时

表1: 帧结构

通过索引不同的设备号，命令号，目的地址和源地址给出不同的数据帧，进而去索引相关指令中相互传输的数据。从而实现控制模块开关机并设定模块输出电压和电流值。例如当PLC给模块发出02 81 3F F0 00 00 00 00 00 00 00 00时意味着读取系统信息；此时模块将会给主站回复02 81 F0 3F 43 FA 00 00 42 80 00 00，即模块回复系统电压500V，总电流 5A。其中F0在主站PLC发送指令时是目的地址，而在接受模块回复信息时是源地址，3F是指系统中所有的模块，如果是单个模块则直接使用单个模块中拨码地址值即可，例如当PLC给模块发出02 86 01 F0 00 00 00 00 00 00 00 00时意味着读取模块地址为01的信息；此时模块0将会给主站回复02 86 F0 01 0F B4 0F A5 0F A0 00 00意思是模块1的三相中AB 402V BC 400.5V CA 400V的输入电压。常用的控制指令如表2所示。

表2: 充电模块常用指令

1.2HMS ANYBUS AB7328介绍

1.2.1产品概述

AB7328基于CAN的工业设备接到PROFINET-IRT控制系统，无需对设备做任意更改。仅需要连接、配置、就可成功，CAN网关是协议转换器网关，该网关作为智能协议转换器，将CAN数据以容易处理的I/O数据展示到PLC/控制器中。AB7328是细长的独立网关，DIN导轨安装，需要24V电源。如图3所示。

图3: CAN网关AB7328

1.2.2配置软件

AB7328能实现PLC与其通讯，主要依靠CAN总线配置参数工具软件，该软件配置是使用包含在产品内的，易于使用的，基于Windows™的ACM (Anybus Configuration Manager)。其接口可选的RS-232/422/485接口，能够配置ASCII或自定义协议(请求/响应或生产者/消费者协议通过可视的帧创建接口)。

1.2.3软件主要参数设置

1.进入软件主界面后新建项目

2.通讯设置选项参数配置：控制/状态字选择不使能；生命传输字列表选择不使能；计数选择不使能；错误事件选择不使能。

3.项目选项：填写上对本项目的描述，如名称，参数版本号，项目设计人以及项目描述。

4.网络配置选项：网络类型选择CAN总线;离线选择总线错误。

5.子网络选项：CAN波特率选择250Kbit/s；离线选择默认方式；CAN ID支持CAN 2.0A(11位CAN ID)和CAN 2.0B(29位CAN ID)方式，这里选择CAN 2.0B；Silence  Time(ms)为网关两次发送CAN 报文之间的最小间隔，选择默认的值0，表示不使能这项功能；清楚错误信息缓冲区选择不使能。

6.在子网络选项中右击鼠标选择添加分组，重新命名为组0，相应配置如图4所示：

1)在组上右击添加传输1，

1. 在传输1下面添加生产者，并分配属性：添加生产者名称；离线选项选择清除数据；

更新模式选择周期；在远程传输请求选择不使能；更新周期时间选择10。生产者用于PLC向网关发送控制数据信息。PLC将模块功能指令帧代码发给网关，网关对指令帧代码做分析后修改模块中与其相对应数据区域值，实现对模块的控制和参数设定。

2. 分别添加2个CAN指令帧代码并配上相应的数据域的长度和地址参数：

• CAN帧1：0x29A01F0---设置模块1开机；数据长度8；数据地址0x200；转换字节选择不转换。
• CAN帧2：0x29C01F0---设置模块1输出电压和电流值；数据长度8；数据地址0x208；转换字节选择不转换。

2)此时在组上右击添加传输2，

1. 在传输2下面添加生产者，并分配属性：添加生产者名称；离线选项选择清除数据；更新模式选择数据变化时；在远程传输请求选择不使能；更新周期时间选择10。
2. 添加1个CAN指令帧代码并配上两个为0双字常量和地址参数：

• CAN帧：0x28901F0---读取模块1电压电流；数据地址0x0.

3)此时在组上右击添加传输3，

1. 在传输3下面添加消费者，并分配属性：添加消费者名称；离线选项选择清除数据；一致性检查选择不使能；离线时间选择0；接受触发字节选择不使能；传输状态字节选择不使能。消费者用于模块给PLC反馈信息。模块将自身数据信息传到网关的相应功能帧代码，PLC在发出请求读取指令帧代码后，网关发送与指令帧代码相对应的数据信息给PLC。
2. 添加1个CAN指令帧代码并配上相应的数据域的长度和地址参数：

• CAN帧：0x289F001---模块1回复其当前的工作电压电流
• 数据长度8；数据地址0x0；转换字节选择不转换。

7.检查所用到的地址是否重复

图4: 网关配置软件参数设定

1.3西门子PLC编程软件

1.3.1软件名称

此次采用西门子最新的编程软件版本TIA V17版本，硬件采用CPU 1517F-3 PN/DP，打开TIA V17编程软件，新建PLC项目，命名为汽车测试模块。

1.3.2硬件组态配置

1.在项目视图左边的项目树中，双击添加新设备，在弹出窗口中选择控制器，在右边分项目中选中CPU 1517F-3 PN/DP，同时定义好CPU版本V2.9后点击确定即可。

2.设置好CPU的相关属性：

• 添加CPU访问等级安全密码：Admin12345
• 添加PROFINET网络，并设置网络IP地址192.168.0.1
• 其余保持默认选项即可

3.添加网关到硬件组态中，并分配相关属性：

• 设置设备名为CAN网关
• 给CAN网关设备分配网络，名称为PN/IE-1
• 设置IP地址192.168.0.10
• 在CAN网关设备视图中分别拖入16字节的输出和8字节的输入，起始地址均从100开始

4.选中CPU，对硬件进行编译.

1.3.3PLC控制程序编程

1.建立和控制程序相关的IO符号变量，如表2所示：

• PLC将所要控制模块的数据的存放地址变量，即硬件组态CAN网关模块的输出地址。
• PLC将要读出模块的数据的存放地址变量，即硬件组态CAN网关模块的输入地址
• 程序中用于数据转换的缓存变量

表2: IO变量表

2.设计控制程序，如图5所示.

• 采用周期性给出控制模块的指令和输出数据，利用程序中定时器，每隔100ms给网关发出一个指令，避免网关工作载荷过大。
• 模块开机指令中，需要利用对PLC的缓存变量的在线值修改，同时需要发出不同的值给网关，以便实现对模块开机和关机的操作，通常是16进制的值，如16#00000000是开机，16#01000000是关机。
• 对模块进行电压值给定时，需要利用对PLC的缓存变量的在线值修改，同时传入到网关相应的地址存储器中，以便实现对模块输出给定电压值。
• 对模块进行电流值给定时，需要利用对PLC的缓存变量的在线值修改，同时传入到网关相应的地址存储器中，以便实现对模块输出给定电流值。
• PLC给出模块的设定电压和电流或者读入模块的工作电压和电流时，读入的值分别是mV和mA,在程序中需要其值作除以1000的比率才能实现PLC在线监控的电压单位是V或者电流单位是A。

图5: 设计程序

2仿真测试

2.1CAN网关配置测试

2.1.1CAN网关参数下载

1.将CAN网关配置软件打开。

2.在菜单选项中选择在线，选择有以太网连接方式，点击配置。

3.在刷新出来的IP表中，选择CAN网关IP地址栏，点击确认。

4.回到菜单栏中，选择在线中的连接。

5.选中项目名称，点击菜单选项在线里面的下载。

2.1.2CAN网关软件模块报文监控

在CAN网关监控中在快速工具栏中点击监控，可以看到模块实时的收发报文。

2.2PLC程序测试

2.2.1PLC程序下载

1.将CPU上电，给CPU和编程电脑分配IP地址，将电脑连上CPU所在的PROFINET网络。

2.TIA V17编程软件项目视图的项目树中，选中PLC，进行全部编译。

3.在项目树中，选择CUP鼠标右击选择下载硬件和软件。

4.给CAN网关分配设备名，检查网关是否正常连上CPU。

2.2.2PLC程序在线监控

1.在PLC程序编辑界面中快速工具栏中直接点击在线。

2.观察程序的运行状态。

3.在重新中直接选择缓存器，右键选择修改，可以实现对模块设定不同的电压和电流值。

3结语

该文章仅仅从理论上阐释了汽车充电模块是可以通过工业PLC来进行控制，如果在今后有机会看到某些地方建立了大型充电站，该思路可尝试在实际环境下运用。

参考文献

【1】CAN 总线百度百科：https://baike.baidu.com/item/CAN%E6%80%BB%E7%BA%BF/297754?fr=aladdin

【2】HMS公司官网：https://www.anybus.com