基于Profibus—DP的西門子PLC與不同變頻器通訊的實現

王文標+蔡麒+張永強+汪思源

摘 要：針對變頻器控制系統中對多廠商變頻器兼容的需求，對變頻器的參數設定和硬件組態進行了分析，實現了施耐德變頻器、富士變頻器與西門子S7-300PLC之間進行Profibus-DP通訊，并通過網絡化的手段實現了多種變頻器的啟動、停止、速度給定和反饋等各項功能，達到施工簡單、運行可靠、維護方便的目的。該套基于Profibus-DP通訊方案的實際應用值得在其他領域推廣。

關鍵詞：Profibus-DP；PLC；變頻器；通訊

中圖分類號：TP273 文獻標識碼：A 文章編號：2095-6835（2014）17-0107-02

近年來，由于變頻器應用簡便、性能可靠，已經作為首選的電機控制器應用于工業傳動控制裝置中。現代變頻器提供了標準通信協議和通信接口，為實現對變頻器的遠程監控奠定了基礎。

Profibus-DP作為國際上通用的Profibus現場總線之一，是經濟、高速、可靠的現場級傳輸網絡，所以，它被廣泛應用于現場工業控制領域。

本文以西門子公司的S7-300PLC為基礎，研究了S7-300PLC與施耐德ATV61、富士FRENIC-VP兩種不同變頻器在Profibus-DP網絡中通訊的實現，為后續進行不同廠商變頻器的群控奠定基礎。

1 變頻器的Profibus-DP網絡結構

圖1 ATV61變頻器和FRENIC-VP變頻器的Profibus-DP網絡結構圖

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在該項目中，主要用到了研華公司的610L工控機、西門子公司的S7-300PLC、施耐德公司的ATV61變頻器和富士公司的FRENIC-VP變頻器。ATV61變頻器和FRENIC-VP變頻器相應的Profibus-DP網絡結構如圖1所示。

如圖1所示，整個變頻器控制系統分為3層，即監控層、控制層和執行層。工控機作為監控層，采用WinCC組態軟件對變頻器進行監控。S7-300PLC作為控制層，一方面，它對變頻器進行控制；另一方面，它又將變頻器的運行狀態通過MPI的通訊方式傳輸到工控機中。變頻器作為執行層，通過Profibus-DP網絡，按照S7-300PLC下達的執行指令實現對電機的控制。

2 S7-300PLC與施耐德變頻器的通訊

2.1 施耐德變頻器的參數設置

在該項目中，用到的施耐德變頻器型號為ATV61。ATV61變頻器是靠Profibus-DP通訊卡連接到Profibus-DP網絡中，而項目中Profibus-DP通訊卡的型號為VW3A3307 S371。

在設置施耐德變頻器的參數時，具體操作步驟是：①選中變頻器面板“命令”菜單的“給定通道”中新增的“通訊卡”這一選項。②對Profibus-DP通訊卡VW3A3307 S371的尋址開關進行設置，固定相應的ATV61變頻器的從站地址。如圖1所示，4臺施耐德ATV61變頻器的從站地址分別為2#站、3#站、4#站與和5#站。③在ATV61變頻器面板的菜單里，分別對它的前兩個子菜單COM.SCANNER INPUT和COM.SCANNER OUTPUT進行設置。

2.2 施耐德變頻器的硬件組態

ATV61變頻器的硬件組態是在S7-300PLC的編程軟件STEP 7下完成的。對于ATV61變頻器，相對應的GSD驅動文件為TELE09CD.gsd文件。

ATV61變頻器的硬件組態步驟是：①在STEP 7軟件的“硬件配置”窗口中安裝好TELE09CD.gsd文件，安裝完成后，如果增加一項“ATV71/61-Profibus-DP”，則代表驅動文件已經安裝成功；②點擊驅動“ATV71/61-Profibus-DP”設備，并將其拖動到左側的Profibus-DP網絡中，完成了將第1個ATV61變頻器組態到Profibus-DP網絡的過程，將其設為2#站，其余依次類推；③點擊Profibus-DP網絡上已掛好的ATV61變頻器圖標，窗口就顯示出了分配給該變頻器的變量地址。

在該項目中，ATV61變頻器與S7-300PLC的Profibus-DP通信只涉及到4個通信控制參數。如圖1所示，以2#從站為例，這4個參數對應的S7-300PLC的通信地址分別為控制字（PQW264）、速度給定字（PQW266）、狀態字（PIW296）和速度反饋字（PIW298）。

2.3 施耐德變頻器的通信流程

對施耐德ATV61變頻器與S7-300PLC的Profibus-DP通訊流程來說，應不斷讀取變頻器的狀態字和速度反饋字對其進行控制。ATV61變頻器與S7-300PLC的通訊流程如圖2所示。

圖2 ATV61變頻器與S7-300PLC的通訊流程圖

如圖2所示，整個通訊流程將不斷讀取變頻器的狀態字和速度反饋字。如果狀態字低4位等于16#8，則證明變頻器發生故障，需要復位，控制字發16#80；如果狀態字低8位等于16#40或16#50，則證明變頻器開路，禁止合閘，控制字發16#6；如果狀態字低8位等于16#33或16#37，則證明變頻器準備就緒，這時，就可以按照如圖2所示的流程控制變頻器進行相應的運行。

3 S7-300PLC與富士變頻器的通訊

S7-300PLC與富士變頻器FRENIC-VP的Profibus-DP通訊的具體配置與施耐德變頻器通訊的配置基本一致，不同的是，富士變頻器用到的Profibus-DP通訊卡為OPC-F1-PDP，相對應STEP 7軟件的驅動文件為FCS0A0F.gsd文件。但需要注意的是，富士變頻器的通信流程與施耐德變頻器是不一樣的，這與廠商變頻器所設定的固有通信流程有關。相同的是，要不斷讀取變頻器的狀態字和速度反饋字，根據相應的狀態來發控制字，同時往速度給定字中寫頻率。

如果還需要與其他廠商變頻器繼續進行通訊，可以按照上述變頻器類似的配置步驟進行。

4 結論

該項目實現了施耐德變頻器、富士變頻器與西門子S7-300PLC的Profibus-DP通訊，通過網絡化手段控制不同廠商變頻器的啟動、停止、速度給定和反饋等各項功能。對整個變頻器控制系統而言，這種方式達到了施工簡單、運行可靠和維護方便的目的，同時，為變頻器控制系統中多廠商變頻器兼容的需求提供了新的解決方案。這套基于Profibus-DP通訊方案的實際應用經驗值得在其他領域推廣。

參考文獻

[1]石靈丹，槐博超，華斌，等.基于Profibus-DP的西門子PLC與偉肯變頻器通訊的實現[J].船電技術，2010，30（10）：58-63.

[2]譚超，牛可，仝礦偉.基于有限狀態機的采煤機變頻牽引控制系統的研究[J].煤礦機械，2009，30（12）：224-226.

[3]張杰.PLC與變頻器之間的Profibus-DP通訊[J].科技與創新，2014（5）：132-133.

[4]邵南銀，李文利.基于Profibus-DP的PLC與ATV61/71 現場總線通訊[J].鄂鋼科技，2011（1）：38-41.

[5]王珂.基于現場總線Profibus-DP的采煤機牽引變頻器監控系統設計[J].煤礦機械，2012，33（10）：237-238.

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作者簡介：蔡麒（1991—），男，主要從事工業過程控制方面的研究。

〔編輯：白潔〕

The Implementation of Communications between Siemens PLC

and Different Inverters based Profibus-DP

Wang Wenbiao， Cai Qi， Zhang Yongqiang， Wang Siyuan

Abstract： Aiming at the compatible needs for inverters of multiple vendors in the inverter control system， the Profibus-DP communications between Schneider inverters， Fuji inverters and Siemens PLC were achieved by the inverter parameters setting and the inverter hardware configuration， the functions of starting， stopping， speed setting and speed feedback of multiple inverters also could be completed in network， so the purpose of simple construction， reliable operation， easy maintenance was achieved. The actual application based on Profibus-DP communications solution is worth to promote in the other field.

Key words： Profibus-DP； PLC； inverter； communication

如果還需要與其他廠商變頻器繼續進行通訊，可以按照上述變頻器類似的配置步驟進行。

4 結論

該項目實現了施耐德變頻器、富士變頻器與西門子S7-300PLC的Profibus-DP通訊，通過網絡化手段控制不同廠商變頻器的啟動、停止、速度給定和反饋等各項功能。對整個變頻器控制系統而言，這種方式達到了施工簡單、運行可靠和維護方便的目的，同時，為變頻器控制系統中多廠商變頻器兼容的需求提供了新的解決方案。這套基于Profibus-DP通訊方案的實際應用經驗值得在其他領域推廣。

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[4]邵南銀，李文利.基于Profibus-DP的PLC與ATV61/71 現場總線通訊[J].鄂鋼科技，2011（1）：38-41.

[5]王珂.基于現場總線Profibus-DP的采煤機牽引變頻器監控系統設計[J].煤礦機械，2012，33（10）：237-238.

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作者簡介：蔡麒（1991—），男，主要從事工業過程控制方面的研究。

〔編輯：白潔〕

The Implementation of Communications between Siemens PLC

and Different Inverters based Profibus-DP

Wang Wenbiao， Cai Qi， Zhang Yongqiang， Wang Siyuan

Abstract： Aiming at the compatible needs for inverters of multiple vendors in the inverter control system， the Profibus-DP communications between Schneider inverters， Fuji inverters and Siemens PLC were achieved by the inverter parameters setting and the inverter hardware configuration， the functions of starting， stopping， speed setting and speed feedback of multiple inverters also could be completed in network， so the purpose of simple construction， reliable operation， easy maintenance was achieved. The actual application based on Profibus-DP communications solution is worth to promote in the other field.

Key words： Profibus-DP； PLC； inverter； communication

如果還需要與其他廠商變頻器繼續進行通訊，可以按照上述變頻器類似的配置步驟進行。

4 結論

該項目實現了施耐德變頻器、富士變頻器與西門子S7-300PLC的Profibus-DP通訊，通過網絡化手段控制不同廠商變頻器的啟動、停止、速度給定和反饋等各項功能。對整個變頻器控制系統而言，這種方式達到了施工簡單、運行可靠和維護方便的目的，同時，為變頻器控制系統中多廠商變頻器兼容的需求提供了新的解決方案。這套基于Profibus-DP通訊方案的實際應用經驗值得在其他領域推廣。

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[4]邵南銀，李文利.基于Profibus-DP的PLC與ATV61/71 現場總線通訊[J].鄂鋼科技，2011（1）：38-41.

[5]王珂.基于現場總線Profibus-DP的采煤機牽引變頻器監控系統設計[J].煤礦機械，2012，33（10）：237-238.

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作者簡介：蔡麒（1991—），男，主要從事工業過程控制方面的研究。

〔編輯：白潔〕

The Implementation of Communications between Siemens PLC

and Different Inverters based Profibus-DP

Wang Wenbiao， Cai Qi， Zhang Yongqiang， Wang Siyuan

Abstract： Aiming at the compatible needs for inverters of multiple vendors in the inverter control system， the Profibus-DP communications between Schneider inverters， Fuji inverters and Siemens PLC were achieved by the inverter parameters setting and the inverter hardware configuration， the functions of starting， stopping， speed setting and speed feedback of multiple inverters also could be completed in network， so the purpose of simple construction， reliable operation， easy maintenance was achieved. The actual application based on Profibus-DP communications solution is worth to promote in the other field.

Key words： Profibus-DP； PLC； inverter； communication