基于PROFIBUS—DP的PLC與6SE70通訊的實現(xiàn)及應用

【摘要】本文介紹了基于PROFIBUS-DP現(xiàn)場總線的控制技術，應用歐姆龍PLC（CJ-H）和西門子變頻器6SE70，通過PROFIBUS-DP總線進行通訊，實現(xiàn)了用PROFIBUS-DP通訊與端子切換控制6SE70的功能。

【關鍵詞】PROFIBUS-DP通訊；西門子變頻器6SE70；歐姆龍PLC；端子電壓控制

Abstract：This paper will introduce the control technology based on the field control system-PROFIBUS-DP.This kind of technology applies the PLC（CJ-H）of Omron and frequency transformer-6SE70 of Siemens，which are communicated by PROFIBUS-DP，so that 6SE70 can be controlled by PROFIBUS-DP and terminator switch.

Key words：communication of PROFIBUS-DP；frequency transformer-6SE70 of Siemens；PLC（CJ-H）of Omron；terminator voltage control

1.引言

PROFIBUS是一種國際化，開放式，不依賴于設備生產(chǎn)商的現(xiàn)場總線標準。PROFIBUS傳送速度可在9.6kbaud～12Mbaud范圍內(nèi)選擇，當總線系統(tǒng)啟動時，所有連接到總線上的裝置應該被設成相同的速度。PROFIBUS由三個兼容部分組成，即PROFIBUS-DP（Decentralized Periphery）；PROFIBUS-PA（ProcessAutomation）；PROFIBUS-FMS（Fieldbus Message Specification）[1]。PROFIBUS–DP：是一種高速低成本通信，用于設備級控制系統(tǒng)與分散式I/O的通信。使用PROFIBUS-DP可取代24VDC或4-20mA信號傳輸。目前80%以上的Profibus應用是基于Profibus-DP。

本文通過對歐姆龍CJ系列PLC與6SE70之間通過Profibus-DP通訊，利用Profibus通訊控制變頻器的啟停，采取端子電壓控制變頻器的頻率，實現(xiàn)了遼海150T龍門吊項目的應用。

2.系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成

本系統(tǒng)組成分為三個部分：監(jiān)視部分，控制部分，執(zhí)行部分[7]。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

監(jiān)視部分中上位機采用組態(tài)軟件——組態(tài)王6.5，觸摸屏采用威能MT500系列，兩者都對采集和處理的數(shù)據(jù)進行顯示和監(jiān)控。

控制部分是歐姆龍CJ系列PLC——CJ1-H的CPU，PROFIBUS專用模塊，AO與DO

模塊等，作為自動化系統(tǒng)的核心，是連接監(jiān)視部分與執(zhí)行部分的橋梁。

執(zhí)行部分是西門子變頻器6SE70，將PLC傳達的指令進行處理，實現(xiàn)對電機的控制。

3.PLC與變頻器之間的控制實現(xiàn)

3.1 端子控制變頻的實現(xiàn)

西門子6SE70變頻器，方式有有硬件控制與軟件控制。硬件控制有模擬量端子控制（v/f）。其過程為：在變頻器的模擬輸入端子口輸入0-10V電壓，變頻器經(jīng)過內(nèi)部電路轉(zhuǎn)換成相應的頻率范圍，可對電機直接進行控制。外部是通過調(diào)節(jié)電位器的阻值使輸入電壓變化范圍在0-10V。

V-F控制原理是由控制器產(chǎn)生一個控制電壓來控制壓控振蕩器的振蕩頻率。采用變?nèi)荻O管調(diào)節(jié)，當受到一個變化電壓的時候它的容量會變化，變化的電容引起振蕩頻率的變化，于是產(chǎn)生變頻。把這個受控的頻率用于控制輸出電壓的頻率，使得受控的電機的轉(zhuǎn)速變化。

其角頻率與電壓的關系，可用公式表示：

（1）

其中為受控的頻率，為振蕩的中心頻率，為電容變化引起的變化電壓，為特征曲線的斜率，稱為VCO（壓控振蕩器）增益或靈敏度。

此時它的瞬時相位可根據(jù)公式

（2）

則有：

（其中為相位） （3）

變頻器頻率與電壓關系：

（4）

3.2 PROFIBUS-DP通訊的實現(xiàn)

首先在軟件中配置硬件（gsd文件），在變頻器面板上進行相應的參數(shù)設置，例如選擇相應的從站節(jié)點。

對于調(diào)速驅(qū)動裝置，根據(jù)變速驅(qū)動行規(guī)，在周期型通道中傳輸?shù)臄?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)被定義為參數(shù)過程數(shù)據(jù)對象PPO（ParameterProcess Object）。這個通道經(jīng)常被稱為標準通道，其中包含有用的用戶數(shù)據(jù)?？捎玫臄?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)分為兩個部分且能用報文分別傳送：過程通道PZD部分、參數(shù)通道PKW部分[3]。

當總線系統(tǒng)啟動時，這種用于PROFIBUS-DP主站到變頻器通訊類型的PPO能夠從主站來配置。選擇哪種類型PPO，取決于在自動化網(wǎng)絡中傳動裝置的任務。過程數(shù)據(jù)一直被傳送。在傳動裝置中，它們具有最高的優(yōu)先級和最短的時隙等[4]。PPO一共具有5中類型，如圖2所示：

圖2 參數(shù)過程數(shù)據(jù)對象（PPO）

參數(shù)數(shù)據(jù)區(qū)（PKW）：采用PKW原理（適用于PPO類型1，2和5并且當非周期性通道），用戶能夠執(zhí)行如下任務：處理和顯示參數(shù)（讀/寫）；傳送和確認參數(shù)變更報告。

參數(shù)區(qū)包含4個字：前兩個字（PKE和IND）的信息是關于主站請求任務（任務識別標記ID）和從站應答響應（應答識別標記ID）的報文。PKW的后兩個字（PWE1和PWE2）用來讀寫具體的參數(shù)數(shù)值。如圖3所示：

圖3 參數(shù)區(qū)（PKW）結(jié)構(gòu)

過程數(shù)據(jù)區(qū)（PZD）：過程通道PZD區(qū)是為監(jiān)測和控制調(diào)速驅(qū)動裝置而設計的，在DP主站和從站中收到的PZD報文總是以最高的優(yōu)先級處理，即處理PZD過程通道的優(yōu)先級高于處理參數(shù)通道PKW的優(yōu)先級，而且PZD過程通道總是傳送調(diào)速驅(qū)動裝置上當前最新的有效數(shù)據(jù)。通常DP主站給傳動裝置的任務報文中，第一個PZD字為控制字，第二個字為主設定值；傳動裝置給DP主站的響應報文中，第一個PZD字為狀態(tài)字，第二個字為主實際值。

本文采用的是PPO1的數(shù)據(jù)傳輸結(jié)構(gòu)，主站給變頻器任務報文的第一個字PZD1是變

頻器的控制字（STW）。變頻器給主站的PZD應答報文的第一個PZD字是變頻器的狀態(tài)（ZSW）。通過程序給PZD賦值，就可以對變頻器進行通信控制。

3.3 PROFIBUS與端子交替控制變頻的實現(xiàn)

本系統(tǒng)要求在同一臺變頻器實現(xiàn)對上小車運行控制以及下小車的起升，它們的控制是交替進行的[5]。前面提到PROFIBUS-DP通訊時數(shù)據(jù)傳輸結(jié)構(gòu)中，參數(shù)數(shù)據(jù)區(qū)（PKW）可以讀寫參數(shù)設置，本項目正是利用這一特性，通過改變變頻器里參數(shù)值從而達到PROFIBUS與端子的交替控制?？紤]到Profibus-DP采用RS485通訊，采用不歸零（NRZ）編碼方式，傳輸速率為9.6Kbps-12Mbps。由于切換時的響應速度很快，不會對控制部分產(chǎn)生影響。

控制流程圖為圖4所示：

圖4 控制流程圖

變頻器參數(shù)P368功能：當執(zhí)行簡單應用的參數(shù)設置（P370）時所選擇給定值和命令源參數(shù)化的功能參數(shù)。0=PMU；1=模擬量輸入和端子排；2=固定設定值和端子排；3=電動電位計和端子排；4=USS；5=SIMOLINK（當時不能執(zhí)行）；6=PRFIBUS（需CBP）。

通過修改參數(shù)P368值，可以很方便進行控制方式的切換，具體的一部分程序如下：

上小車運行部分：

Mov #6170 3218//請求P368值，3218是參數(shù)名地址

Mov #0 3220//將值0寫入?yún)?shù)值地位，3220是參數(shù)值高位地址

Mov #6 3221//將值6寫入?yún)?shù)值地位，3221是參數(shù)值低位地址

下小車起升部分：

Mov #6170 3218//請求P368值，3218是參數(shù)名地址

Mov #0 3220//將值0寫入?yún)?shù)值地位，3220是參數(shù)值高位地址

Mov #1 3221//將值1寫入?yún)?shù)值地位，3221是參數(shù)值低位地址

通過修改參數(shù)設置，可以很好的控制兩車。在進一步的調(diào)試過程中發(fā)現(xiàn)可以采用另一種方式：

上小車控制端子模擬量從變頻器部分通過PROFIBUS-DP讀取出來，然后轉(zhuǎn)換成對應的頻率值再傳送給變頻器，也能達到控制變頻器的目的，這樣做只需進行PROFIBUS-DP通訊控制，可以對程序簡化，并且也達到了預期的控制效果。

4.結(jié)束語

本文討論了6se70在Profibus-DP網(wǎng)絡中通訊的實現(xiàn)方法，采用了一個很顯著的控制方式：變頻器由通訊與端子電壓交替控制，這在以往的控制系統(tǒng)中很少采用。這種方式在實際中通過調(diào)試，實際運行控制系統(tǒng)良好、可靠。

參考文獻

[1]朱強力.Profibus-DP通訊在PLC$7-300和變頻器6SE70上的應用[J].北京：機械與電子，2007，27.

[2]張素文，賀凱歌.基于Profibus-DP的PLC與交流變頻器通訊的實現(xiàn)[J].江蘇：工業(yè)控制計算機，2008，21（5）.

[3]Siemens Simovert Masterdrives矢量控制使用大全.

[4]DriveMon.Copyright（c）1995-2004，Siemens AG.Ai[Rilsht Reserved.

[5]黃琦，張寶余.PLC遠程控制技術在龍門吊車中的應用[J].核電工程與技術，2005，3.

[6]周軍，海心.電氣控制及PLC[M].北京：機械工業(yè)出版社，2001.

[7]張州，陸靜.Profibus現(xiàn)場總線技術及其應用[J].上海電力學院學報，2008，24（2）.

[8]鄭小倩，黃明琪.基于Profibus-DP通信研究與實現(xiàn)[J].計算機測量與控制，2007，15（5）.