如何通過Profibus總線與ABB變頻器實(shí)現(xiàn)S7—300的通信原理與實(shí)現(xiàn)方法

陳克彪

摘 要：文章以湛江港DQK3000/4500-40斗輪堆取料機(jī)為例，分析了西門子S7-300系列PLC通過Profibus總線對ABB變頻器ACS800-04進(jìn)行控制，變頻器的設(shè)置，PLC程序的編寫，實(shí)現(xiàn)快捷而可靠地進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸交換。

關(guān)鍵詞：西門子PLC；ABB變頻器；Profibus-DP；通訊參數(shù)設(shè)置

引言

PROFIBUS是一種具有廣泛應(yīng)用范圍的、開放的數(shù)字通信系統(tǒng)，在集中自動化系統(tǒng)向分散自動化系統(tǒng)轉(zhuǎn)移方面是一種重大突破。PROFIBUS一直側(cè)重于系統(tǒng)集成和系統(tǒng)工程等方面，該總線具有適合于快速、時(shí)間要求嚴(yán)格的應(yīng)用和復(fù)雜的通信任務(wù)的特點(diǎn)，成為唯一能夠全面覆蓋工廠自動化和過程自動化應(yīng)用的現(xiàn)場總線，特別適用于工廠自動化和過程自動化領(lǐng)域。因而從誕生至今，PROFIBUS在現(xiàn)場總線技術(shù)領(lǐng)域一直是國際市場上的領(lǐng)導(dǎo)者。文章結(jié)合湛江港300#泊位斗輪堆取料機(jī)控制系統(tǒng)淺析了Profibus總線技術(shù)與ABB變頻器的通訊原理與實(shí)現(xiàn)方法。

1 系統(tǒng)配置

Profibus是一種國際化、開放式、不依賴于設(shè)備生產(chǎn)商的現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)，Profibus能滿足西門子PLC與ABB變頻器的通訊要求。湛江港DQK3000/4500-40斗輪堆取料機(jī)控制系統(tǒng)以西門子CPU315-2DP作為主站，另有3個(gè)擴(kuò)展機(jī)架、4臺ACS800變頻器為從站，實(shí)現(xiàn)全數(shù)字交流調(diào)速系統(tǒng)在Profibus-DP網(wǎng)中的通信及控制。本系統(tǒng)Profibus-DP網(wǎng)絡(luò)配置圖如圖1所示。

編程軟件為STEP7 V5.4軟件，用來對堆取料機(jī)PLC系統(tǒng)S7-300進(jìn)行編程以及對Profibus-DP網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行組態(tài)與通訊配置。

RPBA-01 Profibus-DP Adapter適配器模塊是用于ABB變頻器的可選現(xiàn)場總線適配器模塊之一。通過RPBA-01，ABB傳動裝置可以連接到PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)上。將RPBA-01插入傳動單元（RDCU）中標(biāo)記有SLOT 1的插槽。RPBA-01上的DIP開關(guān)（S1 BUS TERMIN），用于選擇總線終端器，總線終端器可以防止總線電纜端的信號反射，如果模塊是網(wǎng)絡(luò)中的最后一個(gè)模塊或是第一個(gè)模塊，總線終端器必須設(shè)置為ON。當(dāng)使用Profibus帶內(nèi)置終端器的D-sub 連接器時(shí)，必須斷開RPBA-01終端器。可以使用模塊上的旋轉(zhuǎn)節(jié)點(diǎn)地址選擇開關(guān)（S2 NODE ID 10x與S3 NODE ID 1x）來選擇節(jié)點(diǎn)的地址號，節(jié)點(diǎn)地址號為兩位數(shù)，范圍在00～99。左邊的開關(guān)S2代表第一個(gè)數(shù)字，右邊的開關(guān)S3代表第二個(gè)數(shù)字，如地址為08，則左邊的開關(guān)S2旋到0，右邊的開關(guān)S3選到8。

2 STEP7項(xiàng)目系統(tǒng)組態(tài)

2.1 硬件組態(tài)

配置機(jī)架、CPU模塊（315-2DP）、通訊模塊（CP343-1）以及輸入輸出模塊。PLC的CPU的MPI地址為2，Profibus地址為2，通訊模塊CP343-1的MPI地址為3。

在STEP7的硬件組態(tài)窗口中，點(diǎn)擊菜單欄上的“選項(xiàng)”-“安裝GSD文件”將ABB變頻器現(xiàn)場總線適配器RPBA-01的GSD文件導(dǎo)入STEP7的編程環(huán)境中，GSD文件名為ABB-0812.GSD。導(dǎo)入成功后，在“硬件目錄”中的“PROFIBUS DP”下的“Drives”中可找到RPBA-01硬件。

2.2 總線組態(tài)

右鍵CPU的DP模塊，選擇“添加主站系統(tǒng)”，生成Profibus總線，再把“硬件目錄”中的RPBA-01拖動到Profibus總線上，將IM153-2拖動到總線上，組態(tài)I/O模塊。雙擊模塊，分別設(shè)置Profibus地址。對于變頻器模塊，需雙擊模塊，在彈出窗口中選擇“分配參數(shù)”選項(xiàng)，將“Operation mode”的數(shù)值由Profidrive更改為Vendorspecific，另需設(shè)置PPO類型為PPO Type 5。

將配置下載到主站中。

3 參數(shù)設(shè)置

以尾車皮帶變頻器（變頻器型號為ACS800-04-0400-3）從站為例，打開編程軟件STEP7，在硬件組態(tài)窗口中點(diǎn)擊該從站，在系統(tǒng)硬件組態(tài)下方有尾車皮帶從站的RPBA-01參數(shù)，如圖2所示，其中“I地址”PIW408～PIW427這10個(gè)字是變頻器的RPBA-01從站發(fā)送到Profibus網(wǎng)絡(luò)上的PPO類型的過程數(shù)據(jù)字，S7-300可直接讀取地址內(nèi)的地址，可以直接通過STEP7中編程進(jìn)行操作；“Q地址”PQW408～PQW427是變頻器收到Profibus網(wǎng)絡(luò)上的PPO類型的過程數(shù)據(jù)字，可以通過這10個(gè)字對變頻器進(jìn)行操作。其中，PIW408、PIW410為PPO默認(rèn)的變頻器的狀態(tài)字、實(shí)際速度值；PQW408、PQW410為PPO默認(rèn)的變頻器的控制字、頻率給定值，PIW412～PIW426這8個(gè)字可以通過設(shè)置變頻器51組參數(shù)中的51.06～51.20中的PZD IN進(jìn)行配置改變。變頻器參數(shù)還需做出相應(yīng)改變，改變參數(shù)如表1所示。

4 程序分析

如通訊參數(shù)設(shè)置部分所述，S7-300 PLC主站通過Profibus-DP網(wǎng)絡(luò)可以讀取從站反饋的狀態(tài)字和實(shí)際速度等信息，也可以給ACS800變頻器從站寫入控制字CW設(shè)定變頻器頻率，進(jìn)行啟動、停止等控制，即變頻器的控制是PLC主站通過直接讀取映射寄存器的方式進(jìn)行編程實(shí)現(xiàn)的。

以斗輪堆取料機(jī)PLC控制程序中尾車皮帶控制程序FC27模塊為例來進(jìn)行說明。如圖3所示

4.1 停止電機(jī)：尾車皮帶使能條件不滿足或者變頻器故障時(shí)，PLC通過使用MOVE指令向變頻器寫入控制字CW值1143（十六進(jìn)制數(shù)為477）；尾車皮帶使能條件不滿足以及通訊不正常，或者尾車皮帶正轉(zhuǎn)指令（即尾車皮帶啟動指令）丟失，PLC通過MOVE指令向變頻器寫入頻率給定值REF1值0。

4.2 啟動電機(jī)，尾車皮帶正轉(zhuǎn)指令有輸入，尾車皮帶保護(hù)類開關(guān)正常輸入，故障復(fù)位按鈕沒被按下，尾車皮帶使能條件滿足，變頻器無故障時(shí)，PLC向變頻器寫入控制字CW值1151（十六進(jìn)制數(shù)為47F）；尾車皮帶使能條件滿足，尾車皮帶正轉(zhuǎn)指令（即尾車皮帶啟動指令）保持輸入，PLC通過MOVE指令向變頻器寫入頻率給定值REF1值20000。

5 結(jié)束語

該斗輪堆取料機(jī)自投產(chǎn)以來，變頻器運(yùn)行穩(wěn)定可靠，主站與變頻器采用了Profibus-DP通訊，抗干擾能力強(qiáng)，實(shí)現(xiàn)了主站與變頻器之間快捷可靠地傳輸交換信息數(shù)據(jù)。通過Profibus-DP現(xiàn)場總線控制，從站反饋的信息豐富全面，通過對變頻器設(shè)定以及PLC程序的改動，主站可以實(shí)時(shí)掌握ABB變頻器從站的各種狀態(tài)信息，并對變頻器的控制進(jìn)行方便的修改，極大方便現(xiàn)場檢修工作的開展。

參考文獻(xiàn)

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