PLC與ABB變頻器之間的現場(chǎng)總線(xiàn)通訊技術(shù)

1 引言

　　Profibus是目前工控系統中最成功的現場(chǎng)總線(xiàn)之一，得到了廣泛的應用。它是不依賴(lài)于生產(chǎn)廠(chǎng)家的、開(kāi)放式的現場(chǎng)總線(xiàn)，各種各樣的自動(dòng)化設備均可通過(guò)同樣的接口協(xié)議進(jìn)行信息的交換。Profibus-DP（Distributed I/O System-分布式I/O系統）是一種經(jīng)過(guò)優(yōu)化的模塊，有較高的數據傳輸率，適用于系統和外部設備之間的通信，遠程I/O系統尤為合適。它允許高速度周期性的小批量數據通信，適用于對時(shí)間要求苛刻的自動(dòng)化控制系統中。Profibus-DP現場(chǎng)總線(xiàn)系統可使許多現場(chǎng)設備（如PLC、智能變送器、變頻器）在同一總線(xiàn)進(jìn)行雙向多信息數字通訊，因此可方便地使用不同廠(chǎng)家生產(chǎn)的控制測量系統相互連接成通訊網(wǎng)絡(luò )。濟鋼鮑德彩板有限公司是濟鋼集團總公司2003年投資興建的年產(chǎn)20萬(wàn)噸大型彩板生產(chǎn)基地，其生產(chǎn)線(xiàn)中的固化爐、導熱油爐、煤氣制氫中的煤氣系統必須對煤氣通過(guò)煤氣加壓機進(jìn)行二次加壓才能滿(mǎn)足生產(chǎn)工藝要求，煤氣加壓機控制系統采

　　用Profibus-DP過(guò)程現場(chǎng)總線(xiàn)通訊技術(shù)方案，自動(dòng)化控制單元與變頻器采用不同廠(chǎng)家的產(chǎn)品，分別采用西門(mén)子的S7-300 PLC和ABB公司的ACS600變頻器。

2 系統配置及通訊協(xié)議

　?。?） 系統配置

　　該系統以西門(mén)子公司和ABB公司的相關(guān)產(chǎn)品來(lái)實(shí)現全數字交流調速系統在Profibus-DP網(wǎng)中的通訊及控制原理。附圖為該系統的Profibus-DP網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò )配置圖，其中PLC為西門(mén)子公司的SIMATIC S7-315-2DP，變頻器為ACS600系列，NPBA-12為與變頻器配套的通訊適配器。編程軟件為STEP7 V5.2軟件，用于對S7-300 PLC編程和對Profibus-DP網(wǎng)進(jìn)行組態(tài)和通訊配置。上位機畫(huà)面操作采用WinCC5.1進(jìn)行畫(huà)面編程和操作，與PLC通訊采用以太網(wǎng)通訊方式。

　?。?） 通訊協(xié)議

　　在本系統中，S7-300 PLC作為主站，變頻器作為從站時(shí)，主站向變頻器傳送運行指令，同時(shí)接受變頻器反饋的運行狀態(tài)及故障報警狀態(tài)的信號。變頻器與NPBA-12通訊適配器模塊相連，接入Profibus-DP網(wǎng)中作為從站，接受從主站SIMATIC S7-315-2DP來(lái)的控制。NPBA-12通訊適配器模塊將從Profibus-DP網(wǎng)中接收到的過(guò)程數據存入雙向RAM中，的每一個(gè)字都被編址，在變頻器端的雙向RAM可通過(guò)被編址參數排序，向變頻器寫(xiě)入控制字、設置值或讀出實(shí)際值、診斷信息等參量。

　　變頻器現場(chǎng)總線(xiàn)控制系統若從軟件角度看，其核心內容是現場(chǎng)總線(xiàn)的通訊協(xié)議。Profibus-DP通訊協(xié)議的數據電報結構分為協(xié)議頭、網(wǎng)絡(luò )數據和協(xié)議層。網(wǎng)絡(luò )數據即PPO包括參數值PKW及過(guò)程數據PZD。參數值PKW是變頻器運行時(shí)要定義的一些功能碼;過(guò)程數據PZD是變頻器運行過(guò)程中要輸入/輸出的一些數據值，如頻率給定值、速度反饋值、電流反饋值等。Profibus-DP共有兩類(lèi)型的網(wǎng)絡(luò )PPO：一類(lèi)是無(wú)PKW而有2個(gè)字或6個(gè)字的PZD;另一類(lèi)是有PKW且還有2個(gè)字、6個(gè)字或10個(gè)字的PZD。將網(wǎng)絡(luò )數據這樣分類(lèi)定義的目的，是為了完成不同的任務(wù)，即PKW的傳輸與PZD的傳輸互不影響，均各自獨立工作，從而使變頻器能夠按照上一級自動(dòng)化系統的指令運行。

3 STEP7項目系統組態(tài)及通訊編程

　?。?） 使用STEP7V5.2組態(tài)軟件，進(jìn)入Hardware Configure完成S7-300 PLC硬件組態(tài);

　?。?） 選定S7-315-2DP為主站系統，將NPBA-12的GSD（設備數據庫）文件導入STEP7的編程環(huán)境中，軟件組態(tài)NPBA-12到以S7-315-2DP為主站的DP網(wǎng)上，并選定使用的PPO類(lèi)型，本設計使用PPO4，設定站點(diǎn)網(wǎng)絡(luò )地址。在變頻傳動(dòng)裝置Profibus的結構中，ABB變頻器使用Profibus-DP通信模塊（NPBA-12）進(jìn)行數據傳輸，主要是周期性的：主機從從站讀取輸入信息并把輸出信息反送給從站，因此需要在PLC主程序中調用兩個(gè)系統功能塊SFC14和SFC15來(lái)讀寫(xiě)這些數據，實(shí)現到變頻器的通信控制;

　?。?） 在主PLC程序中建立一個(gè)數據塊，用于于變頻器的數據通信;建立一變量表，用于觀(guān)測實(shí)時(shí)通訊效果。

4 變頻器運行設置

　　變頻器與PLC應用Profibus-DP現場(chǎng)總線(xiàn)連成網(wǎng)絡(luò )后，除在PLC自動(dòng)化系統中進(jìn)行編程外，在每個(gè)變頻器上也要進(jìn)行適當的參數設置。

　　通訊電纜聯(lián)接后，啟動(dòng)變頻器，完成對變頻器通訊參數的

4.1 基本設置

　?。?） 51.01—模塊類(lèi)型，本參數顯示由傳動(dòng)裝置探測到的模塊型號。其參數值用戶(hù)不可調整。如果本參數沒(méi)有定義，則不能在模塊與傳動(dòng)之間建立通訊。

　?。?） 51.02—本參數選擇通訊協(xié)議，“0”為選擇Profibus-DP通訊協(xié)議。

　?。?） 51.03—本參數為Profibu

　　s連接選擇的PPO類(lèi)型，“3”為PPO4，但變頻器上的PPO類(lèi)型應與PLC上組態(tài)的PPO類(lèi)型一致。

　?。?） 51.04—本參數用于定義設備地址號，即變頻器的站點(diǎn)地址，在Profibus連路上的每一臺設備都必須有一個(gè)單獨的地址。本次設計中兩臺變頻器分別為2、3號站。［1］

　　4.2 過(guò)程參數的連接

　　過(guò)程參數互聯(lián)完成NPBA-12雙端口RAM連接器與變頻器相應參數的定義和連接，包括主站（PLC）到變頻器的連接和變頻器到主站（PLC）的連接兩部分。在變頻器上設定下列連接參數。

　?。?） 從PLC發(fā)送到傳動(dòng)裝置變頻器的PZD值

　　PZD1—控制字，如變頻器的啟動(dòng)使能、停止、急停等控制命令;

　　PZD2—變頻器的頻率設定值。

　?。?） 從傳動(dòng)裝置變頻器發(fā)送到PLC的PZD值

　　PZD1—狀態(tài)字，如報警、故障等變頻器運行狀態(tài);

　　PZD2—變頻器的速度實(shí)際值、電流實(shí)際值等。

5 結束語(yǔ)

　　變頻器控制系統采用了Profibus-DP現場(chǎng)總線(xiàn)控制模式后，不但整個(gè)系統可靠性強，操作簡(jiǎn)便，而且可根據工藝需要進(jìn)行靈活的功能修改。該系統在濟鋼鮑德彩板有限公司應用以后，運行效果良好，為今后總公司的自動(dòng)化設備（不同廠(chǎng)家的網(wǎng)絡(luò )通訊）提供了一個(gè)成功典范。