PROFIBUS—DP總線在變頻調速系統中的應用研究

王光梅

【摘要】 本文研究設計了一套采用西門子S7-200/300系列 PLC與變頻器和交流變頻調速裝置組成的變頻調速系統，并對該系統的網絡組態、硬件組成、軟件設計及程序編寫進行了詳細的論述。該系統基于PROFIBUS-DP總線的主從結構控制能夠實現主站對智能從站的實時監控，成功完成了系統的控制要求。

【關鍵詞】 PROFIBUS-DP 可編程控制器 變頻調速一、研究的背景

目前，變頻器的控制大多是外部控制模式，以繼電器吸合/斷開和模擬電壓輸入作為變頻器外部控制回路的輸入信號，導致變頻器控制系統布線增多，過多的繼電器降低了系統的穩定性，增加了系統的故障率。為了減少布線成本和降低故障率，可以利用現場總線控制系統，僅需一根電纜就可以控制多臺變頻器的運行。通過網絡通訊進行數據交換的方式越來越普遍，以PLC作為企業自動化控制的中心樞紐，在設備的自動化方面已經不可缺少，PLC與變頻器通過PROFIBUS DP網線實現通訊功能，為自動化程度的發展向前邁了一大步。

二、研究的意義

通過利用可編程控制器 PLC與現場總線的通信來控制變頻器。使其在工業控制中完全依靠編程就能夠控制現場的設備。以實現真正的工業自動化控制。這種控制方式初步形成了變頻調速系統的網絡通信，對未來工業控制的發展奠定了堅實的基礎。變頻調速系統的網絡組建與通信的方法以其優越的性能在實際的工業控制中必將得到廣泛的應用。

三、未來的方向

交流變頻調速技術是強弱電混合、機電一體的綜合性技術，既要處理巨大電能的轉換（整流、逆變），又要處理信息的收集、變換和傳輸，因此它的共性技術必定分成功率和控制兩大部分。

前者要解決與高壓大電流有關的技術問題和新型電力電子器件的應用技術問題，后者要解決（基于現代控制理論的控制策略和智能控制策略）的硬、軟件開發問題（在目前狀況下主要全數字控制技術）。

四、系統描述

在每個PROFIBUS-DP子網下面，分別用SIMOVERT MASTERDRIVES Vector Control 6SE70變頻器（以下簡稱6SE70） 控制1臺交流電機，用SIMOREG DC-Mater 6RA70整流裝置（以下簡稱6RA70）控制1臺直流電機，用來模擬工業自動化系統里的現場級傳動設備。用SIMATIC S7-300 PLC（以下簡稱PLC）通過Profibus通訊，控制現場級各電機的啟動、停止、速度給定等，同時讀取回來現場級各電機的運行狀態、速度實際值、電流實際值等信息。

五、網絡配置圖描述

整套系統由5個PROFIBUS-DP（現場總線）子網與1個MPI（多點接口）網構成。每個PROFIBUS-DP子網由西門子S7-300PLC（具有PROFIBUS-DP通訊口）作DP主站，其下面有2個Drive（裝有Profibus通訊模板CBP2）從站，可實現PLC對現場Drive的監控。

六、軟硬件主要組成

組成該網絡系統的主要軟硬件有：1）西門子SIMOVERT MASTERDRIVES Vector Control 6SE70變頻器（5臺），安裝有CBP2通訊模板2）西門子SIMOREG DC-Mater 6RA70整流裝置（5臺），安裝有CBP2通訊模板。

七、現場級傳動裝置

本例規定：將PLC的DP總線地址定義為2，6SE70的DP總線地址定義為3，6RA70的DP總線地址定義為4。PLC以1.5Mbps的傳輸速率，各向6SE70及6RA70發送6個字的過程數據，各從6SE70及6RA70接收6個字的過程數據。

● 在Step7中創建功能FC101（PLC<==>6RA70），在Step7中對PZD讀寫時，需要調用系統功能SFC14和SFC15，SFC14（“DPRD_DAT”）用于讀Profibus從站的數據，SFC15（“DPWR_DAT”）用于將數據寫入Profibus從站，其中W#16#100（即256）和W#16#10C（即268）是6SE70和6RA70硬件組態時PZD的起始地址。

● 在Step7中創建功能FC2（16384<==>100%）。由于西門子傳動裝置規定，其內部模擬量的傳輸都是整數的，整數16384對應于100%，

● 在Step7中創建功能FC1（主聯鎖）。主要完成系統的合分閘、急停故障、故障復位、開停車、速度給定切換等基本聯鎖控制。