如何通過Profibus總線與ABB變頻器實現S7—300的通信原理與實現方法

陳克彪

摘 要：文章以湛江港DQK3000/4500-40斗輪堆取料機為例，分析了西門子S7-300系列PLC通過Profibus總線對ABB變頻器ACS800-04進行控制，變頻器的設置，PLC程序的編寫，實現快捷而可靠地進行數據傳輸交換。

關鍵詞：西門子PLC；ABB變頻器；Profibus-DP；通訊參數設置

引言

PROFIBUS是一種具有廣泛應用范圍的、開放的數字通信系統，在集中自動化系統向分散自動化系統轉移方面是一種重大突破。PROFIBUS一直側重于系統集成和系統工程等方面，該總線具有適合于快速、時間要求嚴格的應用和復雜的通信任務的特點，成為唯一能夠全面覆蓋工廠自動化和過程自動化應用的現場總線，特別適用于工廠自動化和過程自動化領域。因而從誕生至今，PROFIBUS在現場總線技術領域一直是國際市場上的領導者。文章結合湛江港300#泊位斗輪堆取料機控制系統淺析了Profibus總線技術與ABB變頻器的通訊原理與實現方法。

1 系統配置

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能滿足西門子PLC與ABB變頻器的通訊要求。湛江港DQK3000/4500-40斗輪堆取料機控制系統以西門子CPU315-2DP作為主站，另有3個擴展機架、4臺ACS800變頻器為從站，實現全數字交流調速系統在Profibus-DP網中的通信及控制。本系統Profibus-DP網絡配置圖如圖1所示。

編程軟件為STEP7 V5.4軟件，用來對堆取料機PLC系統S7-300進行編程以及對Profibus-DP網絡進行組態與通訊配置。

RPBA-01 Profibus-DP Adapter適配器模塊是用于ABB變頻器的可選現場總線適配器模塊之一。通過RPBA-01，ABB傳動裝置可以連接到PROFIBUS網絡上。將RPBA-01插入傳動單元（RDCU）中標記有SLOT 1的插槽。RPBA-01上的DIP開關（S1 BUS TERMIN），用于選擇總線終端器，總線終端器可以防止總線電纜端的信號反射，如果模塊是網絡中的最后一個模塊或是第一個模塊，總線終端器必須設置為ON。當使用Profibus帶內置終端器的D-sub 連接器時，必須斷開RPBA-01終端器。可以使用模塊上的旋轉節點地址選擇開關（S2 NODE ID 10x與S3 NODE ID 1x）來選擇節點的地址號，節點地址號為兩位數，范圍在00～99。左邊的開關S2代表第一個數字，右邊的開關S3代表第二個數字，如地址為08，則左邊的開關S2旋到0，右邊的開關S3選到8。

2 STEP7項目系統組態

2.1 硬件組態

配置機架、CPU模塊（315-2DP）、通訊模塊（CP343-1）以及輸入輸出模塊。PLC的CPU的MPI地址為2，Profibus地址為2，通訊模塊CP343-1的MPI地址為3。

在STEP7的硬件組態窗口中，點擊菜單欄上的“選項”-“安裝GSD文件”將ABB變頻器現場總線適配器RPBA-01的GSD文件導入STEP7的編程環境中，GSD文件名為ABB-0812.GSD。導入成功后，在“硬件目錄”中的“PROFIBUS DP”下的“Drives”中可找到RPBA-01硬件。

2.2 總線組態

右鍵CPU的DP模塊，選擇“添加主站系統”，生成Profibus總線，再把“硬件目錄”中的RPBA-01拖動到Profibus總線上，將IM153-2拖動到總線上，組態I/O模塊。雙擊模塊，分別設置Profibus地址。對于變頻器模塊，需雙擊模塊，在彈出窗口中選擇“分配參數”選項，將“Operation mode”的數值由Profidrive更改為Vendorspecific，另需設置PPO類型為PPO Type 5。

將配置下載到主站中。

3 參數設置

以尾車皮帶變頻器（變頻器型號為ACS800-04-0400-3）從站為例，打開編程軟件STEP7，在硬件組態窗口中點擊該從站，在系統硬件組態下方有尾車皮帶從站的RPBA-01參數，如圖2所示，其中“I地址”PIW408～PIW427這10個字是變頻器的RPBA-01從站發送到Profibus網絡上的PPO類型的過程數據字，S7-300可直接讀取地址內的地址，可以直接通過STEP7中編程進行操作；“Q地址”PQW408～PQW427是變頻器收到Profibus網絡上的PPO類型的過程數據字，可以通過這10個字對變頻器進行操作。其中，PIW408、PIW410為PPO默認的變頻器的狀態字、實際速度值；PQW408、PQW410為PPO默認的變頻器的控制字、頻率給定值，PIW412～PIW426這8個字可以通過設置變頻器51組參數中的51.06～51.20中的PZD IN進行配置改變。變頻器參數還需做出相應改變，改變參數如表1所示。

4 程序分析

如通訊參數設置部分所述，S7-300 PLC主站通過Profibus-DP網絡可以讀取從站反饋的狀態字和實際速度等信息，也可以給ACS800變頻器從站寫入控制字CW設定變頻器頻率，進行啟動、停止等控制，即變頻器的控制是PLC主站通過直接讀取映射寄存器的方式進行編程實現的。

以斗輪堆取料機PLC控制程序中尾車皮帶控制程序FC27模塊為例來進行說明。如圖3所示

4.1 停止電機：尾車皮帶使能條件不滿足或者變頻器故障時，PLC通過使用MOVE指令向變頻器寫入控制字CW值1143（十六進制數為477）；尾車皮帶使能條件不滿足以及通訊不正常，或者尾車皮帶正轉指令（即尾車皮帶啟動指令）丟失，PLC通過MOVE指令向變頻器寫入頻率給定值REF1值0。

4.2 啟動電機，尾車皮帶正轉指令有輸入，尾車皮帶保護類開關正常輸入，故障復位按鈕沒被按下，尾車皮帶使能條件滿足，變頻器無故障時，PLC向變頻器寫入控制字CW值1151（十六進制數為47F）；尾車皮帶使能條件滿足，尾車皮帶正轉指令（即尾車皮帶啟動指令）保持輸入，PLC通過MOVE指令向變頻器寫入頻率給定值REF1值20000。

5 結束語

該斗輪堆取料機自投產以來，變頻器運行穩定可靠，主站與變頻器采用了Profibus-DP通訊，抗干擾能力強，實現了主站與變頻器之間快捷可靠地傳輸交換信息數據。通過Profibus-DP現場總線控制，從站反饋的信息豐富全面，通過對變頻器設定以及PLC程序的改動，主站可以實時掌握ABB變頻器從站的各種狀態信息，并對變頻器的控制進行方便的修改，極大方便現場檢修工作的開展。

參考文獻

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