基于PROFIBUS—DP的PLC與6SE70通訊的實現及應用

【摘要】本文介紹了基于PROFIBUS-DP現場總線的控制技術，應用歐姆龍PLC（CJ-H）和西門子變頻器6SE70，通過PROFIBUS-DP總線進行通訊，實現了用PROFIBUS-DP通訊與端子切換控制6SE70的功能。

【關鍵詞】PROFIBUS-DP通訊；西門子變頻器6SE70；歐姆龍PLC；端子電壓控制

Abstract：This paper will introduce the control technology based on the field control system-PROFIBUS-DP.This kind of technology applies the PLC（CJ-H）of Omron and frequency transformer-6SE70 of Siemens，which are communicated by PROFIBUS-DP，so that 6SE70 can be controlled by PROFIBUS-DP and terminator switch.

Key words：communication of PROFIBUS-DP；frequency transformer-6SE70 of Siemens；PLC（CJ-H）of Omron；terminator voltage control

1.引言

PROFIBUS是一種國際化，開放式，不依賴于設備生產商的現場總線標準。PROFIBUS傳送速度可在9.6kbaud～12Mbaud范圍內選擇，當總線系統啟動時，所有連接到總線上的裝置應該被設成相同的速度。PROFIBUS由三個兼容部分組成，即PROFIBUS-DP（Decentralized Periphery）；PROFIBUS-PA（ProcessAutomation）；PROFIBUS-FMS（Fieldbus Message Specification）[1]。PROFIBUS–DP：是一種高速低成本通信，用于設備級控制系統與分散式I/O的通信。使用PROFIBUS-DP可取代24VDC或4-20mA信號傳輸。目前80%以上的Profibus應用是基于Profibus-DP。

本文通過對歐姆龍CJ系列PLC與6SE70之間通過Profibus-DP通訊，利用Profibus通訊控制變頻器的啟停，采取端子電壓控制變頻器的頻率，實現了遼海150T龍門吊項目的應用。

2.系統結構組成

本系統組成分為三個部分：監視部分，控制部分，執行部分[7]。

圖1 系統結構

監視部分中上位機采用組態軟件——組態王6.5，觸摸屏采用威能MT500系列，兩者都對采集和處理的數據進行顯示和監控。

控制部分是歐姆龍CJ系列PLC——CJ1-H的CPU，PROFIBUS專用模塊，AO與DO

模塊等，作為自動化系統的核心，是連接監視部分與執行部分的橋梁。

執行部分是西門子變頻器6SE70，將PLC傳達的指令進行處理，實現對電機的控制。

3.PLC與變頻器之間的控制實現

3.1 端子控制變頻的實現

西門子6SE70變頻器，方式有有硬件控制與軟件控制。硬件控制有模擬量端子控制（v/f）。其過程為：在變頻器的模擬輸入端子口輸入0-10V電壓，變頻器經過內部電路轉換成相應的頻率范圍，可對電機直接進行控制。外部是通過調節電位器的阻值使輸入電壓變化范圍在0-10V。

V-F控制原理是由控制器產生一個控制電壓來控制壓控振蕩器的振蕩頻率。采用變容二極管調節，當受到一個變化電壓的時候它的容量會變化，變化的電容引起振蕩頻率的變化，于是產生變頻。把這個受控的頻率用于控制輸出電壓的頻率，使得受控的電機的轉速變化。

其角頻率與電壓的關系，可用公式表示：

（1）

其中為受控的頻率，為振蕩的中心頻率，為電容變化引起的變化電壓，為特征曲線的斜率，稱為VCO（壓控振蕩器）增益或靈敏度。

此時它的瞬時相位可根據公式

（2）

則有：

（其中為相位） （3）

變頻器頻率與電壓關系：

（4）

3.2 PROFIBUS-DP通訊的實現

首先在軟件中配置硬件（gsd文件），在變頻器面板上進行相應的參數設置，例如選擇相應的從站節點。

對于調速驅動裝置，根據變速驅動行規，在周期型通道中傳輸的數據結構被定義為參數過程數據對象PPO（ParameterProcess Object）。這個通道經常被稱為標準通道，其中包含有用的用戶數據。可用的數據結構分為兩個部分且能用報文分別傳送：過程通道PZD部分、參數通道PKW部分[3]。

當總線系統啟動時，這種用于PROFIBUS-DP主站到變頻器通訊類型的PPO能夠從主站來配置。選擇哪種類型PPO，取決于在自動化網絡中傳動裝置的任務。過程數據一直被傳送。在傳動裝置中，它們具有最高的優先級和最短的時隙等[4]。PPO一共具有5中類型，如圖2所示：

圖2 參數過程數據對象（PPO）

參數數據區（PKW）：采用PKW原理（適用于PPO類型1，2和5并且當非周期性通道），用戶能夠執行如下任務：處理和顯示參數（讀/寫）；傳送和確認參數變更報告。

參數區包含4個字：前兩個字（PKE和IND）的信息是關于主站請求任務（任務識別標記ID）和從站應答響應（應答識別標記ID）的報文。PKW的后兩個字（PWE1和PWE2）用來讀寫具體的參數數值。如圖3所示：

圖3 參數區（PKW）結構

過程數據區（PZD）：過程通道PZD區是為監測和控制調速驅動裝置而設計的，在DP主站和從站中收到的PZD報文總是以最高的優先級處理，即處理PZD過程通道的優先級高于處理參數通道PKW的優先級，而且PZD過程通道總是傳送調速驅動裝置上當前最新的有效數據。通常DP主站給傳動裝置的任務報文中，第一個PZD字為控制字，第二個字為主設定值；傳動裝置給DP主站的響應報文中，第一個PZD字為狀態字，第二個字為主實際值。

本文采用的是PPO1的數據傳輸結構，主站給變頻器任務報文的第一個字PZD1是變

頻器的控制字（STW）。變頻器給主站的PZD應答報文的第一個PZD字是變頻器的狀態（ZSW）。通過程序給PZD賦值，就可以對變頻器進行通信控制。

3.3 PROFIBUS與端子交替控制變頻的實現

本系統要求在同一臺變頻器實現對上小車運行控制以及下小車的起升，它們的控制是交替進行的[5]。前面提到PROFIBUS-DP通訊時數據傳輸結構中，參數數據區（PKW）可以讀寫參數設置，本項目正是利用這一特性，通過改變變頻器里參數值從而達到PROFIBUS與端子的交替控制。考慮到Profibus-DP采用RS485通訊，采用不歸零（NRZ）編碼方式，傳輸速率為9.6Kbps-12Mbps。由于切換時的響應速度很快，不會對控制部分產生影響。

控制流程圖為圖4所示：

圖4 控制流程圖

變頻器參數P368功能：當執行簡單應用的參數設置（P370）時所選擇給定值和命令源參數化的功能參數。0=PMU；1=模擬量輸入和端子排；2=固定設定值和端子排；3=電動電位計和端子排；4=USS；5=SIMOLINK（當時不能執行）；6=PRFIBUS（需CBP）。

通過修改參數P368值，可以很方便進行控制方式的切換，具體的一部分程序如下：

上小車運行部分：

Mov #6170 3218//請求P368值，3218是參數名地址

Mov #0 3220//將值0寫入參數值地位，3220是參數值高位地址

Mov #6 3221//將值6寫入參數值地位，3221是參數值低位地址

下小車起升部分：

Mov #6170 3218//請求P368值，3218是參數名地址

Mov #0 3220//將值0寫入參數值地位，3220是參數值高位地址

Mov #1 3221//將值1寫入參數值地位，3221是參數值低位地址

通過修改參數設置，可以很好的控制兩車。在進一步的調試過程中發現可以采用另一種方式：

上小車控制端子模擬量從變頻器部分通過PROFIBUS-DP讀取出來，然后轉換成對應的頻率值再傳送給變頻器，也能達到控制變頻器的目的，這樣做只需進行PROFIBUS-DP通訊控制，可以對程序簡化，并且也達到了預期的控制效果。

4.結束語

本文討論了6se70在Profibus-DP網絡中通訊的實現方法，采用了一個很顯著的控制方式：變頻器由通訊與端子電壓交替控制，這在以往的控制系統中很少采用。這種方式在實際中通過調試，實際運行控制系統良好、可靠。

參考文獻

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