基于Profibus DP協議的西門子G120變頻器與艾默生Deltav的DP通信

王　虎（西安奧益達石油技術開發有限公司,西安 710000）

基于Profibus DP協議的西門子G120變頻器與艾默生Deltav的DP通信

王虎
（西安奧益達石油技術開發有限公司,西安 710000）

以西門子G120變頻器與艾默生DeltavDCS通信為實例，通過變頻器就地遠方控制切換參數組的設置及Deltav軟件組態，介紹了以ProfibusDP通信協議為基礎的串行通信的具體實現方法，實踐表明基于ProfibusDP通信協議為基礎的串行通信簡單、數據傳輸速率快、通用性強并且使用方便，具有廣泛的應用。

DCS；ProfibusDP；變頻器

1　引言

隨著自動化技術的不斷進步，集散控制系統（DCS）在自動化領域的應用更加廣泛、復雜。目前，在很多場合普遍存在DCS與其他控制系統或工控設備混合使用的情況,在同類型變頻設備較多的情況下，采用總線通信方式和變頻器連接可以節省電纜成本和調試時間。

2　Profibus-DP通訊

PROFIBUS是ProcessFieldbus的縮寫，是面向工廠自動化的一種國際性的現場總線標準。PROFIBUS中主要包含有三個子集，分別為Profibus-DP、Profibus-FMS、Profibus-PA以滿足工廠網絡中的多種應用需要。Profibus-DP是專為自動控制系統與設備級分散I/O之間的通信而設計，用于分布式控制系統設備間的高速數據傳輸。DP采用RS-485作為物理層的連接接口，主要用于完成包括諸如可編程控制器、傳感器、執行器間的通信任務。其通信模型采用了通信參考模型的物理層，數據鏈路層和用戶接口，略去了第三層到第七層，保證了數據傳輸的快速和高效率其網絡的傳輸速度最快可達12Mb/s。

3　Profibus的物理層及網絡連接

3.1RS-485的物理連接

RS-485是PROFIBUS系統中最常見的物理連接方式，由EIA定義的RS-485采用平衡差分傳輸方式。在一個有屏蔽層的雙絞電纜上傳輸大小相同而方向相反的通信信號，以消弱工業現場的噪聲影響。系統采用總線型拓撲結構，其數據傳輸的速率從9.6Kb/s到12Mb/s可選。在RS-485總線電纜上主要使用9針的D型接頭。D型連接器分插頭、插座兩種形式。插座在總線站一側，插頭與RS-485電纜相連。RS-485總線電纜由一對雙絞線組成，常視為A線和B線。B線對應于數據發送/接收的正端即RxD/TxD-P(+)腳，A線則對應于數據發送/接收的負端即RxD/TxD-N(-)腳。在每一個典型的D型接頭內部都有1個備用的終端電阻和2個偏置電阻，由D型接頭外部的一個微型撥碼開關來控制是否接入。此開關斷開時（OFF位置）不接入終端電阻。

3.2信號編碼

RS-485電纜上的通信信號以字符為單位傳輸，信號傳輸的調制形式為NRZ（不歸零）編碼方式。信號在電纜上高速傳輸的一個常見問題是信號的畸變。高速傳播的信號不可能在到達電纜兩端后消失，而是會被“反射”回來，疊加到原始信號波形上，從而引起信號畸變。為了消除反射信號的影響，通常的方法是在電纜的兩端接入終端電阻，以吸收傳到兩端的能量，避免反射引起的信號畸變。

4　通訊的建立與實施

4.1通訊電纜連接

采用ProfibusDP專用電纜和DP接頭將現場變頻器串在一起，從主控室過來的DP線進第一臺變頻器DP接頭的進孔，出孔連接下一臺變頻器DP頭的進口，依次類推到最后一臺變頻器的DP進口，為保證通訊正常需將DCS與最后一個DP接頭的撥碼開關撥到OFF，最后一個DP接頭撥碼開關撥到ON。所有DP頭中的接線全部紅線接紅端子口，綠線接綠端子口，DCS機柜內的DP卡件綠線接1號端子、紅線接3號端子。

4.2變頻器的總線通訊設置

4.2.1地址和波特率設置

地址設置有兩種方法：

（1）變頻器控制單元的側邊有8位DP地址撥碼開關，當撥碼開關全部在位置0時，DP地址=P0918=XXX；

（2）通過撥碼開關設置DP地址，1~8的撥碼開關分別代表bit0~7,需進行相應二進制到十進制換算才為DP地址，當只有BIT0撥到ON時表示地址1，只有BIT3撥到ON時代表地址4。通過DP地址撥碼開關設置地址之后，變頻器需重新上電，新地址才能生效。

西門子變頻G120DP為自適應波特率，默認波特率為1.5M/s，也可通過DCS修改。

4.2.2就地和總線控制參數組設置

電機參數根據電機銘牌進行相應設置，相關功能參數設置如下：

P700[0]=2,端子控制功 能；P700[1]=6,現場總線控 制功能；P704=99,激活端子8功能；P810=722.3，激活切換方式；P840[0]=2841,運行命令源；P1000[0]=2,通過端子進行模擬量設置；P1000[1]=16,通過總線進行模擬量設置；P1120=25，上升斜坡時間；P1121=25，下降斜坡時間；P2800[0]=1,使能自由功能塊；P2801[9]=1,激活非門；P2801[14]=1,激活RS觸發 器；P2828=722.1， 非門；P2840[0]=722.0,RS觸 發 器置 位；P2840[1]=2829,RS觸發器復位；通過以上設置可以保證現場控制箱的就地控制功能以及現場控制箱就地/遠方切換控制的功能，但因變頻器報文類型未設置，即使變頻器與DCS通信狀態正常也不能建立正常的總線控制。

4.2.3報文類型設置及G120周期性通訊

通過P0922可以進行報文類型選擇，根據讀取數據要求選擇相應報文，DCS設置的報文類型保持與變頻器設置的報文類型一致。G120變頻器報文標準如下：1：標準報文1,2PZD20：標準報文20，VIK/NAMUR 350:標準報文350,4PZD352：標準報文352，PCS7 354：標準報文354,4PKW，6PZD999：自由報文

G120周期性數據通訊報文有效數據區域由兩部分構成，即PKW區（參數識別ID-數值區）和PZD區（過程數據）。PKW區最多占用4個字，即PKE（參數標識符值：占用1個字）、IND（參數的下標：占用1個字）、PWE1和PWE2（參數數值共占用2個字）。

第一個字PKE：參數識別標識，位15-12為任務或應答識別標記ID，位11為參數修改報告，位10-00為基本參數號PNU。第二字IND：參數的下標，完整的參數號碼是由基本參數號碼（PNU）和頁下標（頁號）產生。第三個字PWE1和第四個字PWE2:參數數值。總是以雙字（32位）來傳送參數值（PWE）。由PWE1（高位有效字：第三個字）PWE2（低位有效字：第四個字）組成一個32位參數值。PZD區：過程數據。過程數據包括控制字（狀態信息）和設定值（實際值）。必須要將控制字的第十位位置1選擇由DCS來控制變頻器，這些過程數據才會傳送到變頻器。

控制字1（STW1）和狀態字1（ZSW1）的各位含義詳見變頻器手冊，十六進制控制字的最低位對應控制字二進制數中的最高4位，以此類推，常用控制字：1.047E(HEX)運行準備；2.047F(HEX)正轉啟動；3.0C7F(HEX)反轉啟動；4.04FE(HEX)故障確認。

4.3DCS軟件組態

（1）在DCS設備信息當中添加變頻器的GSD文件，選中library/profibusdp---右鍵選adddevicedefintion找到GSD文件進行添加，添加成功后會在Drives/siemensAGA&D中顯示出添加進來的GSD文件。

（2）找到連接現場變頻器的控制柜中DP卡件中C14卡件，選中P01右鍵屬性使能P01，設置波特率確保與現場變頻器波特率一致，P01地址保持默認值1，其它選項保持默認。選中P01右鍵選擇newprofibusdevice--＞找到上面導入的G120GSD文件，新建PDT4變頻器，設置PDT4的地址為2保持與現場對應變頻器地址一致。新建PDT4完成后，選中PDT4右鍵新建profibusslot選擇與變頻設置的報文類型一致的報文，本例選擇標準報文352。

（3）下面參考G120CU240SDP操作手冊對PDT4的控制字、主設定值、狀態字、實際反饋值、報警字、故障字等進行相應組態。依據操作手冊組態狀態字，選中PDT4中的SLOT001右鍵新建profibussignal設置信號方向為輸入、偏移量為0字節、數據類型為16位無符號數其余為默認；同理依次組態實際反饋值字、電流信號字、報警字、故障字、所對應的偏移量依次為2、4、8、10，數據方向為輸入，數據類型為16位無符號數，其余設置保持默認。

同上依次組態控制字和主設定值，信號方向為輸出，數據類型為16位無符號數，控制字和主設定值的偏移量依次對應0和2，其余設置保持默認。6個輸入字和2個輸出字組態完畢后選中卡件C14進行下裝。

（4）控制邏輯搭建。1）選中廠區右鍵新建controlmodule命名XFAN_COMM；2）組態控制字和主設定值：從右邊功能塊欄中logical項中拖拽BFI功能塊至工作區，并擴大輸入觸腳至最大16位；從specialitems項中拖拽inputparameter和outputparameter至工作區；從analogcontrol項中拖拽scaler功能塊至工作區。設置輸入PARAM1~16數據類型為BOOL量,輸出參數數據類型為外部引用，通過瀏覽鏈接到14卡下面的控制字（如：SIGNAL005）和主設定值（如：SIGNAL006），依據參考手冊對控制字和主設定值進行功能搭建。根據以上常用控制字將047E運行準備控制字進行二進制換算，并將二進制數據由低位到高位依次輸入到BFI功能塊中的位1~位16中（相當于參數1~16），輸出參數通過外部引用到C14卡件的輸出控制字（SIGNAL005）并與BFI的輸出觸腳OUT_INT相連。G120DP變頻器的頻率設定值的0~100%對應十六進制的0~4000，即頻率設定值0~50Hz對應十進制數的0~16384，組態PARAM18的數據類型為16位無符號數，量程換算的輸入范圍0~50Hz，輸出范圍為0~16384小數位為0，PARAM19通過外部引用連接到C14卡下面主設定值（如：SIGNAL006）；3）組態狀態字：從右邊功能塊欄中logical項中拖拽BFO功能塊至工作區，并擴大輸入觸腳至最大16位；從specialitems項中拖拽inputparameter，輸入參數1STATE1通過外部引用讀取狀態字1，并通過BFO3功能塊進行二進制換算，換算出的1~16位布爾量對應狀態表0~15位，OUT_D1對應狀態字位0依此往下一一對應。頻率的實際值1STATE2通過外部引用讀取實際反饋值，同設定值對應關系，將收到的反饋值0~16384通過單位換算功能塊（SCLR）線性對應到0~50Hz，功能塊的輸入范圍0~16384，輸出范圍0~50Hz。電流的實際值1STATE3通過外部引用讀取電流信號，參考操作手冊和實際測量情況對收到的電流信號進行換算，收到的電流信號比40可得與實際測量一致的結果。傳輸上來的報警字（1STATE7）和故障字（1STATE8）分別參考操作手冊對其進行解包處理，詳見操作手冊；4）畫面組態：DCS按照信號類型和IFIX功能建立相應監控畫面，通過動態數據鏈接關聯到控制邏輯中的相應參數，實現畫面的監控功能，然后根據工藝需要添加相關信號的歷史趨勢供DCS調用、保存。

5　結束語

西門子G120DP變頻器與艾默生DeltavDCS基于ProfibusDP的串行通信的實現，極大的方便了工藝監控，減少了操作維護人員的工作量和維護難度，降低操作維護成本，達到了預期的效果和目的，也為其它變頻器與DCS系統的通訊提供實際參考經驗。

[1]陽憲慧,現場總線技術及應用[M].北京：清華大學出版社1999.

[2]西門子,G120操作說明手冊[S].

[3]西門子,G120參數手冊[S].