西門子PLC與ABB變頻器之間的現場總線通訊技術

摘 要：640噸推進式鑄錠加熱爐是公司投資新建的鋁及鋁合金鑄錠軋制前的加熱和部分鑄錠的均熱處理的加熱爐，爐氣溫度均勻性要求在±5℃，循環風速場的均勻性直接決定爐氣溫度的均勻性，循環風機采用Profibus-DP過程現場總線通訊技術，自動化控制單元使用西門子的S7-300PLC與變頻器使用ABB公司的ACS510變頻器。

關鍵詞：變頻器；PLC；現場總線

1 空氣循環風機及控制系統描述

1.1 空氣循環風機

為強化熱交換保證產品質量，在爐頂裝有高溫離心式風機（每區2臺），風機采用ABB公司的變頻器調速。低溫啟動時采用低速，便于啟動；高溫時采用高速以縮短加熱時間，可提高溫度均勻性和生產率，具有調速方便、加熱效率高、工作可靠的特點，也可按照額定電流設置變頻器，根據爐氣溫度的變化連續調速。采用該系統的爐子，爐氣溫度和鑄錠溫度的均勻性可達≤±5℃以內。為方便風機維護，爐上配備手動干油站，每區1套。每套組件的內部軸承安裝在水冷的軸承座上，并且每個元件都是密封的，防止油或水進入爐內。風機的每根軸都是由兩個日本NSK軸承支撐。

1.2 控制系統

風機最高工作溫度650℃。爐群管理計算機可以和整個工廠的L3級通過以太網連接，采用TCP/ IP 通訊協議，作為數據查詢和記錄的管理計算機。并安裝爐群控制系統數據軟件。

上位機：1套。在PLC處增加一個上位管理系統，主要對加熱爐管理與監控。

上位機的PC機主要配置如下（高于或等于以下配置，采用市場主流配置）：

CPU：2.5G

顯存：128M

內存：512M

硬盤：120G

顯示器：19\"（液晶）

光驅： DVD+RW

鍵盤、鼠標通用

10/100M 快速以太網接口

軟件包括（軟件版本為高于或等于以下版本，以下所有文本的版本相同）：

WINDOWS XP

Intouch 10.0控制系統選用SIEMENS公司的S7-400系列程控器，S7-400主站與各個子站間采用PROFIBUS-DP連網。人機接口采用PC機配Intouch組態軟件，該機與S7-400主站之間采用以太網連網。

程控器的編程軟件為STEP 7，該編程軟件具有程序組織的透明性，易理解及易維護，有三種編程方式，即梯形圖（LAD），功能塊（FBD）和語句表（STL）。

2 系統配置及通訊協議

2.1系統配置

PLC為SIMATIC S7-400系列，變頻器為ACS510系列，通訊適配器為ACS-PRO（V4.1）。其中用于對PLC編程和對Profibus-DP網進行組態和通訊配置的編程軟件為STEP7 V5.5。上位機使用Intouch10.0進行畫面編程和OACS-PROACS-PROACS-PRO9 號變頻器 1號變頻器8號變頻器7號變頻器6號變頻器5號變頻器4號變頻器2操作，并采用以太網通訊方式與PLC通訊。

2.2 通訊協議

PROFIBUS協議結構是根據ISO7498國際標準，以開放式系統互聯網絡（Open System Interconnection-OSI）作為參考模型的。該模型共有七層。

（1）PROFIBUS-DP：定義了第一、二層和用戶接口。第三到七層未加描述。用戶接口規定了用戶及系統以及不同設備可調用的應用功能，并詳細說明了各種不同PROFIBUS-DP設備的設備行為。

（2）PROFIBUS-FMS：定義了第一、二、七層，應用層包括現場總線信息規范（Fieldbus Message Specification - FMS）和低層接口（Lower Layer Interface - LLI）。FMS包括了應用協議并向用戶提供了可廣泛選用的強有力的通信服務。LLI協調不同的通信關系并提供不依賴設備的第二層訪問接口。

（3） PROFIBUS-PA：PA的數據傳輸采用擴展的PROFIBUS-DP協議。另外，PA還描述了現場設備行為的PA行規。根據IEC1158-2標準，PA的傳輸技術可確保其本征安全性，而且可通過總線給現場設備供電。使用連接器可在DP上擴展PA網絡。 注：第一層為物理層，第二層為數據鏈路層，第三-六層末使用，第七層為應用層。

3 STEP7項目系統組態及通訊編程

3.1 使用STEP7V5.4組態軟件，進入Hardware Configure，將RPBA-01的GSD（設備數據庫）文件導入STEP7的編程環境中，點擊options--install GSD file 將ABB變頻器的GSD文件導入STEP7中。

3.2 選定S7-315-2DP為主站系統，默認地址為2，將ABB的RPBA-01組態到S7-315-2DP為主站的DP網上，并選定使用的PPO類型，設定站點網絡地址為4，然后編譯存盤

3.3 PLC主機從從站讀取輸入信息并把輸出信息反送給從站，并在PLC程序中建立一個數據塊DB10，用于變頻器的數據通信。

4 變頻器運行設置

通訊電纜聯接后，啟動變頻器，完成對變頻器通訊參數的設置

5 結束語

通過編寫程序通過PLC來控制變頻器來滿足工藝要求。同時也可以讀取變頻器數據通過上位機進行顯示，達到在線監視和診斷的目的，該系統在1#640噸推進式鑄錠加熱爐應用以后，運行效果良好，保證了爐溫的均勻性，滿足了2100mm熱軋機軋制前的熱處理功能要求。

參考文獻

[1] ABB電氣傳動系統有限公司，ABB Profibus適配器模塊NPBA-12安裝啟動指南[Z].2001.

[2王秉銓.工業爐設計手冊[M].北京：機械工業出版社，1996.8

[3]廖常初.S7-300/400 PLC應用技術[M].北京：2005.1.

[4]ACS510用戶手冊.