PROFIBUS總線在S7-300 PLC與6SE70交流調速器通信中的應用

裴永清，劉 浩，楊 榮

（1.蘭州工業(yè)學院，甘肅蘭州730050；2.天水電氣傳動研究所有限責任公司，甘肅天水741020）

1 引言

現(xiàn)場總線（PROFIBUS）是當今世界上應用最廣的一種工業(yè)數(shù)據(jù)總線，它主要解決工業(yè)現(xiàn)場的智能化儀器儀表、控制器、執(zhí)行機構等現(xiàn)場設備間的數(shù)字通信以及這些現(xiàn)場控制設備和高級控制系統(tǒng)之間的信息傳遞問題。即現(xiàn)場總線是把單個分散的數(shù)字化智能化的測量和控制設備作為網(wǎng)絡節(jié)點，用總線相連接實現(xiàn)其相互交換的系統(tǒng)。PROFIBUSDP作為PROFIBUS標準中的一種，是一種簡單、高速（數(shù)據(jù)傳輸速率 9.6kb／s～12Mb／s）、經(jīng)濟的現(xiàn)場網(wǎng)絡，主要用于現(xiàn)場控制器與分散I／O之間的通信，可以滿足交直流調速系統(tǒng)快速響應的時間要求。因此在工業(yè)控制中已經(jīng)得到廣泛應用。在此重點討論PROFIBUS-DP總線中6SE70交流調速器的通信方式和相關參數(shù)設置，并給出了S7-300PLC與6SE70交流調速器間基于PROFIBUS-DP總線的編程實現(xiàn)方法。最后結合單電機的交流流拖動調速裝置，對整個系統(tǒng)進行了說明。

2 PROFIBUS-DP協(xié)議和網(wǎng)絡參數(shù)設備

2.1 通信協(xié)議

PROFIBUS-DP的協(xié)議以ISO／OSI模型為參考，并對其進行了簡化。PROFIBUS-DP使用了第1層、第2層（即物理層和數(shù)據(jù)鏈路層）和用戶層，第3層到第7層未使用（這些層必要的功能在第2層或用戶層中實現(xiàn)）。這種精簡的結構確保高速數(shù)據(jù)傳輸及較小的系統(tǒng)開銷。在用戶接口中規(guī)定了PROFIBUS-DP設備的應用功能，以及各種類型系統(tǒng)和設備的行為特性。這種為高速傳輸用戶數(shù)據(jù)而優(yōu)化的PROFIBUS協(xié)議特別適用于可編程控制器與現(xiàn)場分散的I／O設備之間的通信。

PROFIBUS支持主從系統(tǒng)、純主站系統(tǒng)、多主多從混合系統(tǒng)等幾種傳輸方式。主站具有對總線的控制權，可主動發(fā)送信息。對多主站系統(tǒng)來說，主站之間采用令牌方式傳遞信息，得到令牌的站點可在一個事先規(guī)定的時間內(nèi)擁有總線控制權，共事先規(guī)定好令牌在各主站中循環(huán)一周的最長時間。按PROFIBUS的通信規(guī)范，令牌在主站之間按地址編號順序，沿上行方向進行傳遞。主站在得到控制權時，可以按主從方式，向從站發(fā)送或索取信息，實現(xiàn)點對點通信。主站可采取對所有站點廣播（不要求應答），或有選擇地向一組站點廣播。

PROFIBUS-DP通信協(xié)議的數(shù)據(jù)電報結構分為協(xié)議頭、網(wǎng)絡數(shù)據(jù)和協(xié)議層。網(wǎng)絡數(shù)據(jù)即可用數(shù)據(jù)結構，稱之為參數(shù)過程數(shù)據(jù)對象PPO（Parameter Process data Object），分成不同兩部份且能用報文分別傳送，包括參數(shù)區(qū)PKW和過程數(shù)據(jù)區(qū)PZD。參數(shù)部分（PKW-參數(shù)識別值）用于讀、寫參數(shù)值。過程數(shù)據(jù)（PZD）部分包括控制字、設定值、狀態(tài)字和實際值。

調速器運行時，只有將頻率設定值和速度實際值與實際控制通道連接，調速器才能按照主站的指令運行，同時將實際值反饋到主站。系統(tǒng)工作時，CBP將接收到的數(shù)據(jù)存儲在自身的內(nèi)存中，然后通過模擬量連接器，將每個過程數(shù)據(jù)PZD i（i＝1，2，……，10）與控制通道連接起來。

2.2 PROFIBUS板（CPB2）網(wǎng)絡通信的參數(shù)

CBP2是6SE70系列調速器的PROFIBUS接口板，調速器通過PROFIBUS-DP總線進行連接后，除了要在主站中設置連接外，還要對調速器本身的一些功能參數(shù)進行設置，才能保證主站和從站間的正常通信。參數(shù)P918用來設定從站的總線地址，這是網(wǎng)絡的基本通信參數(shù)。設定后還需進一步地設定控制字的連接器通道，以實現(xiàn)控制字、給定值、狀態(tài)字、狀態(tài)值的讀寫。

3 S7-300 PLC編程實現(xiàn)

首先，在STEP7的硬件組態(tài)中指定PPO的類型。根據(jù)PPO型的定義，對調速器的遠程操作，是通過對參數(shù)區(qū)域和過程參數(shù)區(qū)域讀寫來完成的。系統(tǒng)提供了對連續(xù)數(shù)據(jù)區(qū)域操作功能塊，執(zhí)行相應的遠程數(shù)據(jù)讀寫操作。在STEP7編程環(huán)境下可以使用系統(tǒng)功能塊為SFC15“DPWR_DAT”和SFC14“DPRD_DAT”。使用 SFC15“DPWR_DAT”可以通過網(wǎng)絡數(shù)據(jù)傳輸指令標準DP從站遠程I／O或過程映像輸入表寫入連續(xù)的數(shù)據(jù)。使用SFC14“DPRD_DAT”可以讀取標準DP從站中的連續(xù)數(shù)據(jù)區(qū)域。如果在數(shù)據(jù)傳輸中沒有錯誤，那么讀回來的數(shù)據(jù)將保存在參數(shù)“RECORD”指向的目標地址中。

4 應用實例

以單電機的交流拖動調速裝置為例，S7-300 PLC作為一級DP主站，負責在預定的信息周期內(nèi)循環(huán)與從站交換信息，發(fā)送控制信息，讀取從站的狀態(tài)等。SIMOREGDC-MASTER加上CBP2通訊板（PROFIBUS通訊模塊）后作為從站。

4.1 硬件連接

4.1.1 安裝CBP接口板

先將電子箱中的主電路板取出，將CBP裝在主控板上，然后插入電子箱并固定。

4.1.2 通信線路的連接

連接時可采用西門子提供的總線連接器，并在兩端打開終端電阻開關。單元間用PROFIBUS電纜和西門子總線快速連接器實現(xiàn)網(wǎng)絡互連。圖1所示為單電機的交流拖動調速裝置系統(tǒng)網(wǎng)絡原理框圖。

4.2 參數(shù)設置

6SE70交流調速器功能參數(shù)設置框圖如圖2所示。設定總線地址P918＝3；參數(shù)P554.1設為B3100（PZD控制字1的0位的源，啟停控制），為通過第一塊CB／TB板接收到數(shù)據(jù)字1的0位；參數(shù)P443設定主給定值的源，即主給定值K3002；參數(shù)P734的變址001設定在電報PZD區(qū)的字1，即狀態(tài)字K0032；P734的變址002設定在電報PZD區(qū)的字2，即狀態(tài)字K0033；P734的變址003設定在電報PZD區(qū)的字3，即速度的給定值KK0150；P734的變址004設定在電報PZD區(qū)的字4，即實際速度的反饋值KK0020。P734的變址005設定在電報PZD區(qū)的字5，即實際轉矩反饋值K0024。調速器通過上述設定后，即可按照上一級自動化系統(tǒng)的要求進行工作。

圖1 單電機交流拖動調速系統(tǒng)網(wǎng)絡框圖

圖2 6SE70交流調速器功能參數(shù)設置框圖

圖3 系統(tǒng)組態(tài)

圖4 發(fā)送和接收的編制程序

4.3 組態(tài)與編程

在STEP7中對調速器進行硬件組態(tài)，選擇CBP板的PPO類型為PPO5，即PZD為10個字。通過以上設定，即可用程序實現(xiàn)對調速器的遠程控制。圖3所示為系統(tǒng)組態(tài)，圖4所示為發(fā)送和接收的編制程序。

上述步驟完成后，PLC及6SE70調速器送電，此時CBP上3個發(fā)光管同時閃亮，表示通信成功。其中，紅色LED代表CBP2狀態(tài)，黃色LED代表在SIMOREG同CBP2間進行通信，綠色LED代表在CBP2同PROFIBUS間進行通信。

5 結論

調速器采用PROFIBUS－DP現(xiàn)場總線控制模式后，使系統(tǒng)的穩(wěn)定性和實時性得到較大的提高，極大地方便了系統(tǒng)的安裝調試、維護和運行。用PROFIBUS構成傳動控制系統(tǒng)，達到了非常滿意的效果。采用這種方式，可以非常經(jīng)濟、有效地解決在傳動系統(tǒng)中自動化信息的傳遞問題，是目前值得大力推廣的系統(tǒng)解決方案。

［1] 劉 鍇，周 海.深入淺出西門子S7－300PLC［M] .北京：北京航空航天大學出版社，2004.

［2] 周連毅.西門子PLC與變頻器間現(xiàn)場總線通訊［J] .科技情報開發(fā)與經(jīng)濟，2005.