PLC與變頻器之間的Profibus—DP通訊

摘 要：簡(jiǎn)述Profibus-DP現(xiàn)場(chǎng)總線的特點(diǎn)，研究PLC與變頻器之間的DP網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，分析ABB變頻器在西門子STEP7軟件中的硬件組態(tài)配置和ABB變頻器的通訊控制參數(shù)設(shè)定，為今后Profibus-DP現(xiàn)場(chǎng)總線的應(yīng)用提供參考。

關(guān)鍵詞：Profibus-DP ；西門子PLC；ABB變頻器；通訊設(shè)備

中圖分類號(hào)：TP273 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-6835（2014）05-0132-02

現(xiàn)場(chǎng)總線是應(yīng)用在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)或在微機(jī)化測(cè)量控制設(shè)備之間實(shí)現(xiàn)雙向串行多節(jié)點(diǎn)數(shù)字通信的系統(tǒng)，也被稱為開放式、數(shù)字化、多點(diǎn)通信的底層控制網(wǎng)絡(luò)。它在制造業(yè)、流體工業(yè)、交通、樓宇等方面的自動(dòng)化系統(tǒng)中具有廣泛的應(yīng)用前景。Profibus是Process Fieldbus的縮寫，是一種國(guó)際性開放式的現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)，目前世界上許多自動(dòng)化技術(shù)生產(chǎn)廠家都為其生產(chǎn)的設(shè)備提供Profibus接口。Profibus-DP用于設(shè)備級(jí)的高速數(shù)據(jù)傳輸，中央控制器通過(guò)高速串行線同分散的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行通信，以進(jìn)行配置、診斷和報(bào)警處理。下文以太原重工股份有限公司供浙江和鼎銅業(yè)公司75T橋式起重機(jī)電氣控制系統(tǒng)為例，闡述如何實(shí)現(xiàn)PLC和變頻器之間的Profibus-DP通訊。

1 基本介紹和系統(tǒng)配置

該起重機(jī)主要機(jī)構(gòu)有主起升、副起升、大車運(yùn)行、主小車運(yùn)行和副小車運(yùn)行，用于實(shí)現(xiàn)全數(shù)字交流系統(tǒng)調(diào)速的核心部分是西門子公司S7-300PLC和ABB公司的ACS800變頻器。

S7-300PLC是模塊化小型PLC系統(tǒng)，能滿足中等性能要求的應(yīng)用，各種單獨(dú)的模塊之間可進(jìn)行廣泛組合構(gòu)成不同要求的系統(tǒng)。與S7-200 PLC比較，S7-300 PLC采用模塊化結(jié)構(gòu)，具備高速（0.6～0.1 μs）的指令運(yùn)算速度，用浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算有效地實(shí)現(xiàn)了更為復(fù)雜的算術(shù)運(yùn)算，一個(gè)帶標(biāo)準(zhǔn)用戶接口的軟件工具方便用戶給所有模塊進(jìn)行參數(shù)賦值，方便的人機(jī)界面服務(wù)已經(jīng)集成在S7-300操作系統(tǒng)內(nèi)，大大減少人機(jī)對(duì)話的編程要求。

ACS800系列變頻器最大的優(yōu)點(diǎn)是在全功率范圍內(nèi)統(tǒng)一使用了相同的控制技術(shù)，例如起動(dòng)向?qū)?、自定義編程、DTC控制、通用備件、通用的接口技術(shù)和用于選型、調(diào)試和維護(hù)的通用軟件工具。先進(jìn)的技術(shù)-DTCACS800的核心技術(shù)就是直接轉(zhuǎn)矩控制（DTC），它是目前最先進(jìn)的交流異步電機(jī)的控制方式。DTC穩(wěn)定、杰出的性能，使ACS800適用于各種工業(yè)領(lǐng)域。該起重機(jī)整個(gè)電氣系統(tǒng)控制的核心是西門子315-2DP系列CPU，并配有2個(gè)153遠(yuǎn)程站，每個(gè)機(jī)構(gòu)控制電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的傳動(dòng)單元是變頻器。圖1為該系統(tǒng)的Profibus-DP網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)配置圖。

PLC與變頻器之間通過(guò)通訊電纜和變頻器通訊模塊RPBA來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換和控制。RPBA通訊模塊是ABB變頻器的一個(gè)可選設(shè)備，它可以將變頻器連接到一個(gè)Profibus-DP網(wǎng)絡(luò)上，PLC通過(guò)該模塊可以向變頻器發(fā)出啟動(dòng)、停止和允許運(yùn)行等控制命令，發(fā)出速度或轉(zhuǎn)矩給定信號(hào)，向變頻器的PID調(diào)節(jié)器發(fā)送一個(gè)過(guò)程實(shí)際值或一個(gè)過(guò)程給定信號(hào)，從變頻器讀取狀態(tài)信號(hào)和實(shí)際值，改變變頻器參數(shù)，對(duì)變頻器進(jìn)行故障復(fù)位等。（變頻器的通訊模塊RPBA如圖2所示）

2 通訊協(xié)議

通訊協(xié)議是變頻器現(xiàn)場(chǎng)總線控制的核心內(nèi)容。根據(jù)EN50170標(biāo)準(zhǔn)，RPBA模塊支持Profibus-DP協(xié)議，它是一個(gè)分布式的I/O系統(tǒng)，能使主機(jī)使用大量的外圍設(shè)備和現(xiàn)場(chǎng)模塊，數(shù)據(jù)傳輸呈周期性，主機(jī)讀取來(lái)

自從機(jī)的輸入信息，并給從機(jī)發(fā)出反饋信號(hào)。Profibus-DP協(xié)議使用所謂的PPO，即參數(shù)過(guò)程數(shù)據(jù)對(duì)象。該項(xiàng)目上使用PPO4，使用6個(gè)過(guò)程數(shù)據(jù)字來(lái)實(shí)現(xiàn)PLC與變頻器之間的數(shù)據(jù)交換。

3 系統(tǒng)組態(tài)

打開編程軟件，新建一個(gè)項(xiàng)目，進(jìn)入HW Config硬件組態(tài)界面，根據(jù)PLC實(shí)物中的各種模塊從組態(tài)界面右側(cè)找到相應(yīng)的模塊，并一一對(duì)應(yīng)放入預(yù)先選好的機(jī)架中；然后在Options選項(xiàng)中點(diǎn)擊Install GSD File將RPBA的GSD文件導(dǎo)入STEP7軟件，在組態(tài)界面右側(cè)PROFIBUD-DP一欄下面找到ABB DrivesRPBA-01，并將其拖到硬件組態(tài)中的DP網(wǎng)絡(luò)上（如圖3所示），并選定使用的PPO類型PPO4（如圖4所示）。

圖1 該系統(tǒng)的Profibus-DP 圖2 變頻器的通訊模塊RPBA

網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)配置圖

圖3 DP網(wǎng)絡(luò)

圖4 PPO類型PPO4

雙擊組態(tài)好的變頻器圖標(biāo)，在彈出窗口的常規(guī)選項(xiàng)里設(shè)定站點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)地址，該地址要與變頻器實(shí)際撥好的硬件地址一致。在參數(shù)設(shè)置選項(xiàng)里將操作模式一項(xiàng)設(shè)為vendor specific，組態(tài)完成后保存編譯并下載到CPU中。RPBA模塊插在變頻器的插槽SLOT1里，其中S1是總線選擇開關(guān)，如果該通訊模塊是網(wǎng)絡(luò)中的終端模塊，總線終端開關(guān)必須設(shè)置為ON，而S2，S3用于設(shè)置變頻器的通訊地址，S2是十位，S3是個(gè)位，兩者組合設(shè)定出相應(yīng)的地址，該地址要與PLC組態(tài)中的地址一致。

4 實(shí)現(xiàn)通訊的參數(shù)

變頻器與PLC應(yīng)用Profibus-DP現(xiàn)場(chǎng)總線連成網(wǎng)絡(luò)后，除在PLC中進(jìn)行編程外，在每個(gè)變頻器上也要進(jìn)行適當(dāng)?shù)膮?shù)設(shè)置。

4.1 通訊初始化

98.02 COMM.MODULE LINK啟動(dòng)傳動(dòng)單元和現(xiàn)場(chǎng)總線適

配器之間的通訊，由于PLC和變頻器之間采用的是Profibus-DP通訊，所以將該參數(shù)設(shè)置為FIELDBUS；98.07 COMM PROFILE定義現(xiàn)場(chǎng)總線與傳動(dòng)單元之間的通訊協(xié)議，將該參數(shù)設(shè)置為ABB DRIVES，選擇ABB傳動(dòng)協(xié)議。

4.2 傳動(dòng)控制參數(shù)

10.01 EXT1 START/STOP/DIR 定義啟動(dòng)、停機(jī)和轉(zhuǎn)向命令的信號(hào)源，將該參數(shù)設(shè)置為COMM.CW，使用現(xiàn)場(chǎng)總線控制字控制啟動(dòng)、停機(jī)和轉(zhuǎn)向，PLC可以通過(guò)向變頻器發(fā)送不同的控制字來(lái)控制變頻器的運(yùn)行狀態(tài)；11.03 EXT REF1 SELECT選擇外部給定的信號(hào)源，將該參數(shù)設(shè)置為COMM.REF，使用現(xiàn)場(chǎng)總線給定值用于外部給定，PLC可以通過(guò)向變頻器發(fā)送不同的速度給定值來(lái)控制變頻器的速度給定，從而進(jìn)一步控制傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的速度。endprint

將以上參數(shù)設(shè)置完后，PLC與變頻器之間的DP通訊基本建立完成，PLC可以通過(guò)向變頻器發(fā)送控制字來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)變頻器控制，同時(shí)可以通過(guò)狀態(tài)字來(lái)接收變頻器運(yùn)行時(shí)的各種參數(shù)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)起重機(jī)的電氣控制。

5 結(jié)束語(yǔ)

該75T橋式起重機(jī)電氣系統(tǒng)采用了Profibus-DP現(xiàn)場(chǎng)總線控制模式后，PLC與變頻器之間只需要一根profibus兩芯雙絞屏蔽線，就可以實(shí)現(xiàn)兩者之間的信號(hào)傳輸和數(shù)據(jù)交換。這減少了電纜的大量敷設(shè)，節(jié)省了人力、物力，而且橋機(jī)在使用過(guò)程中運(yùn)行穩(wěn)定可靠、故障率低，大大減少維護(hù)成本，為今后更廣泛的應(yīng)用提供參考。

參考文獻(xiàn)

[1]陽(yáng)憲惠.現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)及其應(yīng)用[M].北京：清華大學(xué)出版社，1998.

[2]柴瑞娟.西門子PLC高級(jí)培訓(xùn)教程[M].北京：人民郵電出版社，2009.

[3]廖常初.西門子工業(yè)通訊網(wǎng)絡(luò)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009.

[4]劉鍇.深入淺出西門子S7-300PLC[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2004.

————————

作者簡(jiǎn)介：張杰（1984—），男，2008年畢業(yè)于山東大學(xué)自動(dòng)化專業(yè)，助理工程師。

〔編輯：李玨〕

Profibus-DP Communication between the PLC and Inverter

Zhang Jie

Abstract： Brief DP Profibus-DP network structure characteristics fieldbus， PLC and inverter between research， analyzes ABB ABB inverter drive configuration and the hardware configuration of the communication control parameters set in the Siemens STEP7 software for provide a reference for future applications Profibus-DP fieldbus.

Key words： Profibus-DP； Siemens PLC； ABB inverter； communications equipmentendprint