基于PROFIBUS现场总线的PLC与传动变频器间的通讯

　　1  引言

　　随着现代生产工艺的飞速发展，现场对传动设备的快速性、连续性、系统性的使用要求越来越高。单台变频器的独立运行的模式已经不能满足要求，多台成组系统运行成为最大特点。所有的本地柜前操作已经发展为计算机集中远程自动控制模式。这些特点都建立在计算机、PLC、传动装置间的数据通讯的基础上。以此来实现现场设备的运行状态监控和控制命令的下达。现场总线的发明和应用为实现上述功能提供了技术保证。现在使用较为广泛的现场总线有:PROFIBUS、Canbus、Modbus、Devicenet、Lonworks等。本文重点介绍以PROFIBUS 现场总线为基础的西门子SIMATIC S7 PLC和6ES70系列变频器间的通讯技术。

　　2  PROFIBUS现场总线概述

　　PROFIBUS是一种应用较为广泛的现场总线，其总线标准是国际总线标准IE61158的重要组成部分。是一种开放式系统，令牌结构，以互联网(open system interconnection-SIO)作为参考模型。有3个兼容部分组成部分即PROFIBUS-DP(Decentralized

periphery)， PROFIBUS-PA(Process automation)，PROFIBUS-FMS(Fieldbus message specification)。其中DP是一种高速低成本通讯，用于设备级控制系统与分散式I/O的通讯。采用RS485数据接口，传输介质用光纤或双绞电缆，传输波特率从(9.6k~12M)bps，传输距离可以通过Repeter进行扩展，每个DP网上可以同时配置122个从站，是一种功能强大的现场总线。下面介绍的PLC和变频器间的通讯也是基于PROFIBUS-DP技术进行的。

　　3  PROFIBUS-DP的数据通讯格式

　　传动装置通过PROFIBUS-DP网与主站PLC的接口是经过通讯模块CBP板来实现的，带有DP口的S7-300和400 PLC也可以通过CPU上的DP口来实现。采用RS485接口及支持(9.6k~12M)bps波特率数据传输(数据传输的结构如图1所示)，其中数据的报文头尾主要是来规定数据的功能码、传输长度、奇偶校验、发送应答等内容，主从站之间的数据读写的过程(如图2所示)核心的部分是参数接口(简称PKW)和过程数据(简称PZD)，PKW和PZD共有五种结构形式即:PPO1、PPO2、PPO3、PPO4、PPO5，其传输的字节长度及结构形式各不相同。在PLC和变频器通讯方式配置时要对PPO进行选择，每一种类型的结构形式如下。

　　图1  数据传输的结构

　　图2 主从站间数据读写过程

　　PPO1 4 PKW + 2 PZD (共有6个字组成)

　　PPO2 4 PKW + 6 PZD (共有10个字组成)

　　PPO3  2 PZD (共有2个字组成)

　　PPO4  6 PZD (共有6个字组成)

　　PPO5   4 PKW+10 PZD (共有14个字组成)

　　参数接口(PKW):参数ID号(PKE)、变址数(IND)、参数值(PWE)三部分组成。过程数据接口(PZD):控制字(STW)、状态字(ZSW)、主给定(Main setpoint )，实际反馈值(Main actual value) 等组成，另外要了解掌握控制字和状态字每一位的具体含义，并熟悉西门子变频器参数的具体应用，在通讯参数设置时需要具体定义。

　　4  实现通讯的软硬件要求和参数设置

　　(1) 硬件要求

　　133MHz以上且内存不小于16MB的编程器。

　　西门子S7-300/400系列PLC，RAM不小于12kB，并带有PROFIBUS-DP接口，或是S7-400(RAM不小于12kB)配CP443-5的通讯板。

　　带有CBP通讯模块和带有CU2/SC的VC板的变频器

　　(2) 软件要求

　　Win 95或Win NT(V4.0以上)

　　STEP7(V3.0以上)

　　安装DVA-S7-SPS7

　　(3) 通讯设置基本步骤

　　设置传动参数

　　PLC硬件配置

　　创建数据块

　　编写通讯程序

　　系统调试

　　(4) 传动参数的设置

　　P053 = 3    参数使能

　　P090 = 1    CBP板在2#槽

　　P918 = 3    从站地址

　　P554.1=3001  控制字PZD1

　　P443.1=3002  主给定PZD2

　　

P694.1=968   状态子PZD1

　　P694.2=218   实际值PZD2

　　5  PLC与传动变频器通讯程序

　　要实现通讯功能，正确的程序编写是非常重要的，下面将以西门子的S7-416 PLC和6SE70变频器为例来介绍通讯的程序编写。

　　(1) 基本配置和定义

　　基本配置如图3所示:

　　图3  基本配置界面

　　主站Master为CPU-416-2DP 

　　从站Slave为6SE70传动装置，PROFIBUS地址是3 

　　输入地址:  IW 256 ( 2 Words PZD); 

　　输出地址:  QW256 (2 Words PZD );

　　PPO类型:  3;   总线接口:  RS485。  

　　(2) 使用的功能块

　　OB1  Main cycle 主循环

　　SFC14  DPRD-DAT 读数据系统功能块

　　SFC 15  DPWR-DAT 写数据系统功能块

　　DB100  数据存取 (DBW0 -DBW4是读出，

　　DBW5-DBW8是写入)

　　MW200  MW210 通讯状态显示

　　(3) 简单程序编写(如图4)

　　图4  程序编写界面

　　OB1

　　NETWORK1:  读出数据

　　CALL  SFC 14

　　LADDR      W#16#100

　　RET-VAL    MW200

　　RECORD     P#DB100.DBX0.0 BYTE 4

　　NETWORK2:  显示数据

　　L   DB100.DBW  0

　　T   MW50

　　NOP   0

　　NETWORK3:  写入数据

　　L   W#16#EFFF

　　T   DB100.DBW  5

　　NETWORK4:  发送数据

　　CALL   SFC 15

　　LADDR W#16#100

　　RECORD      P#DB100.DBX5.0 BYTE 4

　　RET-VAL     MW210

　　把程序存储编译下装，检查传动装置的参数设置后，即可上电进行调试。

　　6  结束语

　　通过上述介绍，我们可以以PROFIBUS-DP总线为基础通过网络配置和参数设定来建立PLC和传动装置之间的通讯，并通过参数的变化来实现对装置的启停控制，快慢调速等功能。借助于编程器可PLC在线查看从装置读取上来的状态和实际反馈值，在装置PMU上也可查看主给定。通讯技术的实现了自动化的更加广泛应用。