1 引言
变频器是交流调速中普遍使用的基本设备，随着PC机技术的成熟和发展，基于PC的自动化集成解决方案被提出，并逐步在各种工业控制场合得到应用。本文设计了基于SIEMENS的PC控制器WinAC集成环境下的PROFIBUS-DP通讯网络，实现了上位机与SIEMENSMM420变频器的数据通讯与在线监测技术。
2 系统组成
在线监测系统硬件结构图如图1所示。
图1 系统结构图
系统以PC机（配置CP5613通讯卡和WinAC）作为主站，MM420变频器安装PROFIBUS通讯模块为从站接入PROFIBUS-DP，这样PC机既作为PLC的软控制器，又可作为监控、管理计算机，实现一机多用。
为了实现对变频器从站的控制，MM420变频器CB通讯板须要与接入Profibus-DP网中作为从站，接受从主站WinAC的控制。通讯板将从 Profibus-DP网中接收到的过程数据存入双向RA
3 MM420变频器的参数设置及数据区结构
每个变频器的从站地址可在工控机上由软件设定，相关参数可由变频器操作面板进行设定，部分参数的设定见表1。
为了对变频器从站进行控制和运行参数的读写，需要对MM420变频器的数据区的结构进行分析。MM420变频器的数据区结构如表2所示，上位机读写MM420 参数是通过4PKW区，如果除设定值和控制字以外，还需传送其他数据，则要选择4PZD。
PKW区说明参数识别ID—数值（PKW）接口的处理方式。PKW接口并非物理意义上的接口，而是一种机理，这一机理确定了参数在两个通讯伙伴之间（例如控制装置与变频器）的传输方式，通过PKW区可以读写变频器的参数值从而改变变频器的工作状态。通讯报文的PZD区是为控制和监测变频器而设计的,其数据根据传送方向不同而不同。当数据由主站传向变频器时，PZD区由控制字（STW）和频率设定值（HSW）构成，当数据由变频器传向主站时，PZD区返回变频器的状态字（ZSW）和实际速度值（HIW）。PKW和PZD共有五种结构形式，即PPO1，PPO2，PP3，PPO4，PPO5，在系统组态时要对 PPO进行选择，每一种类型的结构形式如下所示:
PPO1：4PKW+2PZD（共6个字）；
PPO2：4PKW+6PZD（共10个字）；
PPO3：2PZD（共2个字）；
PPO4：6PZD（共6个字）；
PPO5：4PKW+10PZD（共14个字）。
4 WinAC与变频器通讯程序
4.1 WinAC
WinAC是西门子公司近年新推出的基于PC的控制器, 它是一套应用于Windows操作系统的软件包，它将控制、数据采集、通讯、人机界面及其它技术完整地集成在一台PC机上,使得控制系统硬件更加精炼。 WinAC的功能不仅仅限于在PC机上实现PLC的功能，同时它在PLC与PC间实现完美的集成，突破了传统PLC开放性差、硬件昂贵、开发周期长、升级困难等束缚。它充分利用了PC机的软硬件资源，在面对各种不同的生产需求时，既具有了良好的灵活性、适应性、扩展性，又保持了PLC原有的可靠性。
WinAC最突出的优点是可以充分利用PC机的软硬件资源，在自动控制领域实现了多功能集成控制；即将开闭环控制、运动控制、视频系统、人机界面、数据采集、数据处理、生产管理、网络通信等等一系列的自动化控制和通信任务在统一的PC机平台上集成，本试验系统使用的是WinAC RTX4.0,是面向高速和精确时间要求的控制任务的基于PC的自动化解决方案。它采用了微软认证的精确时钟解决方案提供商—VenturCom的实时内核，即RTX（Real Time Extent）。RTX作为Wondows系统的扩展实时子系统，满足了控制任务对高速和精确的时间的要求，并将控制程序及Profibus-DP通信驱动程序运行在RTX扩展内核上。由于RTX扩展内核在Windows NT操作系统之外，即使Win
dows NT蓝屏死机时，也不会对控制和通信产生影响。并通过西门子的CP5613通信卡和输入输出硬件模板连接，来完成对各个测点的监控。4.2 WinAc与MM420变频器通讯
为了实现上位机与变频器的实时数据通讯与在线监测,首先在WinAC下对系统进行组态,组态结构见图2所示。
图2 系统组态图
组态完成后编写必要的通讯程序，下面具体说明通讯程序的编写。
由于在S7中用装载（L）指令访问I/O区时最多只能读取4个连续的字节，因此需要在主程序中调用功能块SFC14（“DPRD_DAT”）和SFC15（“DPWR_DAT”）来读写变频器的参数。
对PKW区的读写，PLC对PKW区数据的访问是同步通讯，即发一条信息，得到返回值后才能发第二条信息。程序中，将DB1.DBX24.0开始的8个字节写入从站，从站数据读入DB1.DBX8.0开始的8个字节。W#16#208是硬件组态时PKW的起始地址。420变频器
（1）读写0002～1999的参数
如读参数P0700，700=2BC(HEX)，
PLC PKW输出=12BC,0000,0000,0000；
1为读请求
PLC PKW输入=12BC,0000,0000,0006；
返回1表示参数为单字长，值为6
如写参数P1082，1082=43A(HEX)
PLC PKW输出=343A,0000,41F0,0000；
3为写双字请求
41F00000(HEX)=30.0(REAL)
PLC PKW输入=243A,0000,41F0,0000；
返回2表示参数为双字长,确认修改完毕。
（2）读写2000～2999的参数
如读参数P2010，10=A(HEX)
PLC PKW输出=100A,8001,0000,0000；
1为读请求，8表示参数号在2000～3999范围，1表示数组中第一个参数。
PLC PKW输入=100A,8001,0000,0006；
返回1表示参数为单字长，值为6
（3）对PZD区的读写
由于采用2PZD方式，因此PZD的读写不需要调用SFC14、SFC15，直接采用传送指令L、T读写数据。
L DB1.DBD 0
T PQD 520
L PID 520
T DB1.DBD 4
程序中变频器的控制字和频率设定值存储在DB1.DBX0.0开始的4个字节内，通过PQW520、PQW522传入变频器，DB1.DBW0先设为 047E再变为047F,变频器以设定的频率值启动运行；变频器的状态字和实际速度值从PIW520、PIW522读入，存入DB1.DBX 4.0开始的4个字节内。
4.3 变频器的在线监测
当变频器与上位机的网络通讯组建后，即可在上位机上编制HMI，利用MM420变频器提供的关于电机及装置的大量运行和统计数据，其可供用户观察和诊断之用。该数据可由用户程序读取，并可传送给相应的操作员通讯和监视系统。这样，各种运行和统计信息可在控制室内显示。
MM420变频器有关当前运行状态有装置开(ON)/关(OFF)，实际相电流，逆时针，顺时针，速度信号，闭合，严重警告，一般故障等信息。也可设定的电流限制使过程工程师了解有关系统内的临界状态。通过发出临界运行状态的信号减少故障可设定的电流
限制使过程工程师了解有关系统内的临界状态。例如，当一电流低于电流设定值下限时，这可能意味着输送机皮带断裂。搅拌机的过载例如可通过显示“超过电流上限”的字样得到快速检测。为避免机器的过载跳闸，过程工程师可采取准确步骤来改变工作过程。对于变频器所出现的故障，有故障号（r947）、故障值（r949）、故障列表（r951）、故障数目（r952）和故障时间（r782）可用，其中故障号是从F001到F255，每一个故障号都对应有故障说明和解决措施在HMI上显示，如出现F011故障，系统将显示如表3所示信息。
MM420变频器本地记录起动次数和过载次数，所有数据均被存储在MM420变频器内的非易失性存储器中。工程师可在上位机直接将这些打印和进一步分析。 MM420变频器处理器功能的正确与否将得到永久性监视。如果出现故障，MM420变频器将负荷切换到调整、安全状态（或者保持运行状态—单稳态或双稳态方式）。自监视“在运行中”也可测试该功能使MM420变频器增强了安全性并改善了监视特性。MM420变频器的运行情况可
5 结束语
本实验系统实现了PROFIBUS-DP网络环境下基于WinAC的变频器数据通讯和在线故障监测，充分利用了PC机的资源和网络通讯的优势，具有很大的实用性。
