PROFIBUS總線在行車上的應(yīng)用

薛紅軍

【摘 要】 介紹PROFIBUS-DP總線的技術(shù)特點(diǎn)，構(gòu)造出有西門子S7-300PLC、6SE70變頻器、6SG70調(diào)壓裝置組成的基于PROFIBUS-DP總線的行車控制系統(tǒng)，介紹該系統(tǒng)中的PLC與變頻器及調(diào)壓裝置的通訊過程。

【關(guān)鍵詞】 行車 現(xiàn)場總線 變頻器 調(diào)壓裝置 PROFIBUS-DP

1 前言

寶鋼集團(tuán)八鋼公司板帶工程煉鋼項(xiàng)目由一座110噸電爐、三座120噸轉(zhuǎn)爐、二座120噸精煉爐、四套一機(jī)一流連鑄機(jī)組成，而其中的大噸位行車（150噸、180噸、220噸）負(fù)責(zé)電爐、轉(zhuǎn)爐加料以及精煉鋼水吊運(yùn)工作，在整個(gè)生產(chǎn)中起著非常重要的作用。隨著煉鋼生產(chǎn)對起重機(jī)調(diào)速性能要求的不斷提高，傳統(tǒng)的橋式起重機(jī)調(diào)速方法綜合技術(shù)指標(biāo)較差，難以滿足煉鋼生產(chǎn)的特殊要求。

全數(shù)字定子調(diào)壓與交流變頻調(diào)速技術(shù)的應(yīng)用，再加上采用PROFIBUS-DP總線控制調(diào)壓與變頻器，為交流異步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的橋式起重機(jī)大范圍、高質(zhì)量的調(diào)速提供了全新的方案。它具有高性能的調(diào)速指標(biāo)，外圍控制線路簡單，維護(hù)工作量小，保護(hù)監(jiān)測功能完善，運(yùn)行可靠性較傳統(tǒng)的交流調(diào)速系統(tǒng)有較大的提高。

2 現(xiàn)場總線PROFIBUS的引入

現(xiàn)場總線是一種計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，這個(gè)網(wǎng)絡(luò)上的每一個(gè)節(jié)點(diǎn)就是一個(gè)智能化設(shè)備，而PROFIBUS是多種總線中的一種，它具有較廣的制造基礎(chǔ)和較多的使用經(jīng)驗(yàn)，如今已成為國際化的開放式現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)，其中PROFIBUS-DP是一種高速的通訊連接，使用了第一層第二層和用戶接口，第三層至第七層未加以描述，這種流體型結(jié)構(gòu)確保了數(shù)據(jù)傳輸?shù)目焖俸陀行А?/p>

標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)場總線PROFIBUS-DP的硬件由主設(shè)備、從設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)路等三部分組成，其中主設(shè)備用以控制總線上的數(shù)據(jù)傳輸，切在沒有提供外部請求時(shí)發(fā)送信息和被授權(quán)可訪問總線，從設(shè)備是相對主設(shè)備而言較為簡單的外部設(shè)備，且未被授權(quán)訪問總線，網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)路由傳輸介質(zhì)和網(wǎng)絡(luò)鏈接器構(gòu)成，前者用PROFIBUS專用屏蔽雙絞電纜構(gòu)成電氣網(wǎng)絡(luò)；后者由RS-485總線連接器、RS-485總線終端等構(gòu)成。

現(xiàn)以八鋼180噸行車為例介紹行車現(xiàn)場總線系統(tǒng)的組成。180噸行車電氣部分由全套西門子產(chǎn)品組成，PROFIBUS-DP網(wǎng)的配置如圖1所示，PLC（S7300）作為一級(jí)DP站，通過DP口與PROFIBUS總線聯(lián)絡(luò)，作為主設(shè)備，它負(fù)責(zé)讀取懸掛在總線上的所有分布式I/O模塊的變頻器和調(diào)壓裝置的狀態(tài)字，同時(shí)進(jìn)行變頻器和調(diào)壓裝置控制字的傳送。6ES70變頻器和6SG70調(diào)壓裝置加上CBP2通訊板（PROFIBUS通訊模塊）后作為從站，由于6ES70變頻器和6SG70調(diào)壓裝置具有快速的輸入響應(yīng)、優(yōu)化的矢量控制等特點(diǎn)，且數(shù)據(jù)傳輸方式以串行的數(shù)字方式為主，所以絲毫不影響傳輸數(shù)據(jù)的可靠性和抗干擾性。

3 控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通訊

在180噸行車的總線控制系統(tǒng)中，PROFIBUS-DP的通訊協(xié)議的信息幀分為協(xié)議頭、用戶數(shù)據(jù)和協(xié)議尾，用戶數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)被指定為參數(shù)過程數(shù)據(jù)對象（PPO），6ES70變頻器和6SG70調(diào)壓裝置定義了五種PPO類型。參數(shù)值PKW是變頻、調(diào)壓裝置運(yùn)行要定義的一些功能碼，如最大頻率、基本頻率、加/減速時(shí)間等，過程數(shù)據(jù)PZD用于傳輸控制字和設(shè)定值或狀態(tài)字和實(shí)際值等輸入輸出的數(shù)據(jù)值。

以6ES70變頻器為例，該變頻與SIMATIC S7-300通訊，必須完成下列變頻器功能碼的設(shè)置：P918（ PROFIBUS地址）設(shè)定值可以是1—125之間，P927（修改參數(shù)的途徑）=1（COMMS），P700（選擇命令源）=6（PROFIBUS/FIELDBUS通訊鏈路現(xiàn)場總線）。

180噸行車通過PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)將S7-300PLC與6ES70變頻器和6SG70調(diào)壓裝置連接，通過編程軟件STEP7完成硬件網(wǎng)絡(luò)組態(tài)，為變頻和調(diào)壓裝置分配網(wǎng)絡(luò)地址，該地址必須與變頻和調(diào)壓裝置CBP2板中設(shè)置相同，同時(shí)在程序中調(diào)用SFC“DPRD DAT”，SFC“DPWR DAT”系統(tǒng)功能塊向變頻和調(diào)壓裝置CBP2模塊接收/發(fā)送過程數(shù)據(jù)，通過以上步驟，既完成對180噸行車控制系統(tǒng)PROFIBUS-DP網(wǎng)的組態(tài)和通訊。

4 控制系統(tǒng)的通訊控制軟件設(shè)計(jì)

（1）PLC通訊接口模塊的初始化。在現(xiàn)場總線啟動(dòng)前，必須先配置PROFIBUS總線，并分配各總線站的參數(shù)（總線的傳輸速率，總線的標(biāo)準(zhǔn)）、設(shè)定故障模式（包括診斷設(shè)置和診斷地址等）。

（2）對變頻和調(diào)壓裝置進(jìn)行讀寫操作。行車動(dòng)作指令先進(jìn)入PLC，然后通過PROFIBUS-DP網(wǎng)送至變頻和調(diào)壓裝置，從而達(dá)到對變頻和調(diào)壓裝置的控制，同時(shí)讀取變頻和調(diào)壓裝置的狀態(tài)字。

（3）判斷變頻和調(diào)壓裝置是否處于故障狀態(tài)。如出現(xiàn)包括通訊在內(nèi)的故障，則立即終止動(dòng)作。

（4）重復(fù)2、3步驟，依次對不同的變頻和調(diào)壓裝置進(jìn)行讀寫操作。

5 結(jié)語

現(xiàn)場總線技術(shù)是分散控制型控制系統(tǒng)的繼承、延伸和進(jìn)一步發(fā)展，采用PROFIBUS-DP現(xiàn)場總線的變頻和調(diào)壓裝置控制系統(tǒng)，在八鋼行車上是第一次使用，通過一年多的使用，發(fā)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)可靠性高、控制精度高、響應(yīng)速度快，故障率低，有很好的發(fā)展前景。

參考文獻(xiàn)：

[1]PROFIBUS技術(shù)手冊[K].1997.endprint

【摘 要】 介紹PROFIBUS-DP總線的技術(shù)特點(diǎn)，構(gòu)造出有西門子S7-300PLC、6SE70變頻器、6SG70調(diào)壓裝置組成的基于PROFIBUS-DP總線的行車控制系統(tǒng)，介紹該系統(tǒng)中的PLC與變頻器及調(diào)壓裝置的通訊過程。

【關(guān)鍵詞】 行車 現(xiàn)場總線 變頻器 調(diào)壓裝置 PROFIBUS-DP

1 前言

寶鋼集團(tuán)八鋼公司板帶工程煉鋼項(xiàng)目由一座110噸電爐、三座120噸轉(zhuǎn)爐、二座120噸精煉爐、四套一機(jī)一流連鑄機(jī)組成，而其中的大噸位行車（150噸、180噸、220噸）負(fù)責(zé)電爐、轉(zhuǎn)爐加料以及精煉鋼水吊運(yùn)工作，在整個(gè)生產(chǎn)中起著非常重要的作用。隨著煉鋼生產(chǎn)對起重機(jī)調(diào)速性能要求的不斷提高，傳統(tǒng)的橋式起重機(jī)調(diào)速方法綜合技術(shù)指標(biāo)較差，難以滿足煉鋼生產(chǎn)的特殊要求。

全數(shù)字定子調(diào)壓與交流變頻調(diào)速技術(shù)的應(yīng)用，再加上采用PROFIBUS-DP總線控制調(diào)壓與變頻器，為交流異步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的橋式起重機(jī)大范圍、高質(zhì)量的調(diào)速提供了全新的方案。它具有高性能的調(diào)速指標(biāo)，外圍控制線路簡單，維護(hù)工作量小，保護(hù)監(jiān)測功能完善，運(yùn)行可靠性較傳統(tǒng)的交流調(diào)速系統(tǒng)有較大的提高。

2 現(xiàn)場總線PROFIBUS的引入

現(xiàn)場總線是一種計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，這個(gè)網(wǎng)絡(luò)上的每一個(gè)節(jié)點(diǎn)就是一個(gè)智能化設(shè)備，而PROFIBUS是多種總線中的一種，它具有較廣的制造基礎(chǔ)和較多的使用經(jīng)驗(yàn)，如今已成為國際化的開放式現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)，其中PROFIBUS-DP是一種高速的通訊連接，使用了第一層第二層和用戶接口，第三層至第七層未加以描述，這種流體型結(jié)構(gòu)確保了數(shù)據(jù)傳輸?shù)目焖俸陀行А?/p>

標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)場總線PROFIBUS-DP的硬件由主設(shè)備、從設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)路等三部分組成，其中主設(shè)備用以控制總線上的數(shù)據(jù)傳輸，切在沒有提供外部請求時(shí)發(fā)送信息和被授權(quán)可訪問總線，從設(shè)備是相對主設(shè)備而言較為簡單的外部設(shè)備，且未被授權(quán)訪問總線，網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)路由傳輸介質(zhì)和網(wǎng)絡(luò)鏈接器構(gòu)成，前者用PROFIBUS專用屏蔽雙絞電纜構(gòu)成電氣網(wǎng)絡(luò)；后者由RS-485總線連接器、RS-485總線終端等構(gòu)成。

現(xiàn)以八鋼180噸行車為例介紹行車現(xiàn)場總線系統(tǒng)的組成。180噸行車電氣部分由全套西門子產(chǎn)品組成，PROFIBUS-DP網(wǎng)的配置如圖1所示，PLC（S7300）作為一級(jí)DP站，通過DP口與PROFIBUS總線聯(lián)絡(luò)，作為主設(shè)備，它負(fù)責(zé)讀取懸掛在總線上的所有分布式I/O模塊的變頻器和調(diào)壓裝置的狀態(tài)字，同時(shí)進(jìn)行變頻器和調(diào)壓裝置控制字的傳送。6ES70變頻器和6SG70調(diào)壓裝置加上CBP2通訊板（PROFIBUS通訊模塊）后作為從站，由于6ES70變頻器和6SG70調(diào)壓裝置具有快速的輸入響應(yīng)、優(yōu)化的矢量控制等特點(diǎn)，且數(shù)據(jù)傳輸方式以串行的數(shù)字方式為主，所以絲毫不影響傳輸數(shù)據(jù)的可靠性和抗干擾性。

3 控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通訊

在180噸行車的總線控制系統(tǒng)中，PROFIBUS-DP的通訊協(xié)議的信息幀分為協(xié)議頭、用戶數(shù)據(jù)和協(xié)議尾，用戶數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)被指定為參數(shù)過程數(shù)據(jù)對象（PPO），6ES70變頻器和6SG70調(diào)壓裝置定義了五種PPO類型。參數(shù)值PKW是變頻、調(diào)壓裝置運(yùn)行要定義的一些功能碼，如最大頻率、基本頻率、加/減速時(shí)間等，過程數(shù)據(jù)PZD用于傳輸控制字和設(shè)定值或狀態(tài)字和實(shí)際值等輸入輸出的數(shù)據(jù)值。

以6ES70變頻器為例，該變頻與SIMATIC S7-300通訊，必須完成下列變頻器功能碼的設(shè)置：P918（ PROFIBUS地址）設(shè)定值可以是1—125之間，P927（修改參數(shù)的途徑）=1（COMMS），P700（選擇命令源）=6（PROFIBUS/FIELDBUS通訊鏈路現(xiàn)場總線）。

180噸行車通過PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)將S7-300PLC與6ES70變頻器和6SG70調(diào)壓裝置連接，通過編程軟件STEP7完成硬件網(wǎng)絡(luò)組態(tài)，為變頻和調(diào)壓裝置分配網(wǎng)絡(luò)地址，該地址必須與變頻和調(diào)壓裝置CBP2板中設(shè)置相同，同時(shí)在程序中調(diào)用SFC“DPRD DAT”，SFC“DPWR DAT”系統(tǒng)功能塊向變頻和調(diào)壓裝置CBP2模塊接收/發(fā)送過程數(shù)據(jù)，通過以上步驟，既完成對180噸行車控制系統(tǒng)PROFIBUS-DP網(wǎng)的組態(tài)和通訊。

4 控制系統(tǒng)的通訊控制軟件設(shè)計(jì)

（1）PLC通訊接口模塊的初始化。在現(xiàn)場總線啟動(dòng)前，必須先配置PROFIBUS總線，并分配各總線站的參數(shù)（總線的傳輸速率，總線的標(biāo)準(zhǔn)）、設(shè)定故障模式（包括診斷設(shè)置和診斷地址等）。

（2）對變頻和調(diào)壓裝置進(jìn)行讀寫操作。行車動(dòng)作指令先進(jìn)入PLC，然后通過PROFIBUS-DP網(wǎng)送至變頻和調(diào)壓裝置，從而達(dá)到對變頻和調(diào)壓裝置的控制，同時(shí)讀取變頻和調(diào)壓裝置的狀態(tài)字。

（3）判斷變頻和調(diào)壓裝置是否處于故障狀態(tài)。如出現(xiàn)包括通訊在內(nèi)的故障，則立即終止動(dòng)作。

（4）重復(fù)2、3步驟，依次對不同的變頻和調(diào)壓裝置進(jìn)行讀寫操作。

5 結(jié)語

現(xiàn)場總線技術(shù)是分散控制型控制系統(tǒng)的繼承、延伸和進(jìn)一步發(fā)展，采用PROFIBUS-DP現(xiàn)場總線的變頻和調(diào)壓裝置控制系統(tǒng)，在八鋼行車上是第一次使用，通過一年多的使用，發(fā)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)可靠性高、控制精度高、響應(yīng)速度快，故障率低，有很好的發(fā)展前景。

參考文獻(xiàn)：

[1]PROFIBUS技術(shù)手冊[K].1997.endprint

【摘 要】 介紹PROFIBUS-DP總線的技術(shù)特點(diǎn)，構(gòu)造出有西門子S7-300PLC、6SE70變頻器、6SG70調(diào)壓裝置組成的基于PROFIBUS-DP總線的行車控制系統(tǒng)，介紹該系統(tǒng)中的PLC與變頻器及調(diào)壓裝置的通訊過程。

【關(guān)鍵詞】 行車 現(xiàn)場總線 變頻器 調(diào)壓裝置 PROFIBUS-DP

1 前言

寶鋼集團(tuán)八鋼公司板帶工程煉鋼項(xiàng)目由一座110噸電爐、三座120噸轉(zhuǎn)爐、二座120噸精煉爐、四套一機(jī)一流連鑄機(jī)組成，而其中的大噸位行車（150噸、180噸、220噸）負(fù)責(zé)電爐、轉(zhuǎn)爐加料以及精煉鋼水吊運(yùn)工作，在整個(gè)生產(chǎn)中起著非常重要的作用。隨著煉鋼生產(chǎn)對起重機(jī)調(diào)速性能要求的不斷提高，傳統(tǒng)的橋式起重機(jī)調(diào)速方法綜合技術(shù)指標(biāo)較差，難以滿足煉鋼生產(chǎn)的特殊要求。

全數(shù)字定子調(diào)壓與交流變頻調(diào)速技術(shù)的應(yīng)用，再加上采用PROFIBUS-DP總線控制調(diào)壓與變頻器，為交流異步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的橋式起重機(jī)大范圍、高質(zhì)量的調(diào)速提供了全新的方案。它具有高性能的調(diào)速指標(biāo)，外圍控制線路簡單，維護(hù)工作量小，保護(hù)監(jiān)測功能完善，運(yùn)行可靠性較傳統(tǒng)的交流調(diào)速系統(tǒng)有較大的提高。

2 現(xiàn)場總線PROFIBUS的引入

現(xiàn)場總線是一種計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，這個(gè)網(wǎng)絡(luò)上的每一個(gè)節(jié)點(diǎn)就是一個(gè)智能化設(shè)備，而PROFIBUS是多種總線中的一種，它具有較廣的制造基礎(chǔ)和較多的使用經(jīng)驗(yàn)，如今已成為國際化的開放式現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)，其中PROFIBUS-DP是一種高速的通訊連接，使用了第一層第二層和用戶接口，第三層至第七層未加以描述，這種流體型結(jié)構(gòu)確保了數(shù)據(jù)傳輸?shù)目焖俸陀行А?/p>

標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)場總線PROFIBUS-DP的硬件由主設(shè)備、從設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)路等三部分組成，其中主設(shè)備用以控制總線上的數(shù)據(jù)傳輸，切在沒有提供外部請求時(shí)發(fā)送信息和被授權(quán)可訪問總線，從設(shè)備是相對主設(shè)備而言較為簡單的外部設(shè)備，且未被授權(quán)訪問總線，網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)路由傳輸介質(zhì)和網(wǎng)絡(luò)鏈接器構(gòu)成，前者用PROFIBUS專用屏蔽雙絞電纜構(gòu)成電氣網(wǎng)絡(luò)；后者由RS-485總線連接器、RS-485總線終端等構(gòu)成。

現(xiàn)以八鋼180噸行車為例介紹行車現(xiàn)場總線系統(tǒng)的組成。180噸行車電氣部分由全套西門子產(chǎn)品組成，PROFIBUS-DP網(wǎng)的配置如圖1所示，PLC（S7300）作為一級(jí)DP站，通過DP口與PROFIBUS總線聯(lián)絡(luò)，作為主設(shè)備，它負(fù)責(zé)讀取懸掛在總線上的所有分布式I/O模塊的變頻器和調(diào)壓裝置的狀態(tài)字，同時(shí)進(jìn)行變頻器和調(diào)壓裝置控制字的傳送。6ES70變頻器和6SG70調(diào)壓裝置加上CBP2通訊板（PROFIBUS通訊模塊）后作為從站，由于6ES70變頻器和6SG70調(diào)壓裝置具有快速的輸入響應(yīng)、優(yōu)化的矢量控制等特點(diǎn)，且數(shù)據(jù)傳輸方式以串行的數(shù)字方式為主，所以絲毫不影響傳輸數(shù)據(jù)的可靠性和抗干擾性。

3 控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通訊

在180噸行車的總線控制系統(tǒng)中，PROFIBUS-DP的通訊協(xié)議的信息幀分為協(xié)議頭、用戶數(shù)據(jù)和協(xié)議尾，用戶數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)被指定為參數(shù)過程數(shù)據(jù)對象（PPO），6ES70變頻器和6SG70調(diào)壓裝置定義了五種PPO類型。參數(shù)值PKW是變頻、調(diào)壓裝置運(yùn)行要定義的一些功能碼，如最大頻率、基本頻率、加/減速時(shí)間等，過程數(shù)據(jù)PZD用于傳輸控制字和設(shè)定值或狀態(tài)字和實(shí)際值等輸入輸出的數(shù)據(jù)值。

以6ES70變頻器為例，該變頻與SIMATIC S7-300通訊，必須完成下列變頻器功能碼的設(shè)置：P918（ PROFIBUS地址）設(shè)定值可以是1—125之間，P927（修改參數(shù)的途徑）=1（COMMS），P700（選擇命令源）=6（PROFIBUS/FIELDBUS通訊鏈路現(xiàn)場總線）。

180噸行車通過PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)將S7-300PLC與6ES70變頻器和6SG70調(diào)壓裝置連接，通過編程軟件STEP7完成硬件網(wǎng)絡(luò)組態(tài)，為變頻和調(diào)壓裝置分配網(wǎng)絡(luò)地址，該地址必須與變頻和調(diào)壓裝置CBP2板中設(shè)置相同，同時(shí)在程序中調(diào)用SFC“DPRD DAT”，SFC“DPWR DAT”系統(tǒng)功能塊向變頻和調(diào)壓裝置CBP2模塊接收/發(fā)送過程數(shù)據(jù)，通過以上步驟，既完成對180噸行車控制系統(tǒng)PROFIBUS-DP網(wǎng)的組態(tài)和通訊。

4 控制系統(tǒng)的通訊控制軟件設(shè)計(jì)

（1）PLC通訊接口模塊的初始化。在現(xiàn)場總線啟動(dòng)前，必須先配置PROFIBUS總線，并分配各總線站的參數(shù)（總線的傳輸速率，總線的標(biāo)準(zhǔn)）、設(shè)定故障模式（包括診斷設(shè)置和診斷地址等）。

（2）對變頻和調(diào)壓裝置進(jìn)行讀寫操作。行車動(dòng)作指令先進(jìn)入PLC，然后通過PROFIBUS-DP網(wǎng)送至變頻和調(diào)壓裝置，從而達(dá)到對變頻和調(diào)壓裝置的控制，同時(shí)讀取變頻和調(diào)壓裝置的狀態(tài)字。

（3）判斷變頻和調(diào)壓裝置是否處于故障狀態(tài)。如出現(xiàn)包括通訊在內(nèi)的故障，則立即終止動(dòng)作。

（4）重復(fù)2、3步驟，依次對不同的變頻和調(diào)壓裝置進(jìn)行讀寫操作。

5 結(jié)語

現(xiàn)場總線技術(shù)是分散控制型控制系統(tǒng)的繼承、延伸和進(jìn)一步發(fā)展，采用PROFIBUS-DP現(xiàn)場總線的變頻和調(diào)壓裝置控制系統(tǒng)，在八鋼行車上是第一次使用，通過一年多的使用，發(fā)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)可靠性高、控制精度高、響應(yīng)速度快，故障率低，有很好的發(fā)展前景。

參考文獻(xiàn)：

[1]PROFIBUS技術(shù)手冊[K].1997.endprint