西門子PLC S7—400與SINAMICS S120通訊的實(shí)現(xiàn)

【摘要】本文介紹西門子PLC與SINAMICS變頻器應(yīng)用PROFIBUS DP通訊協(xié)議，使用PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通訊的方法，并給出了采用S7-400系列PLC及S120變頻器通訊實(shí)現(xiàn)的具體配置與軟件編制。

【關(guān)鍵詞】S7-400；SINAMICS S120；通訊；編程

1、引言

在工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)中，最為常見的是PLC和變頻器的組合應(yīng)用。變頻器作為一種控制拖動(dòng)的裝置系統(tǒng)在冶金等行業(yè)的運(yùn)行越來(lái)越廣泛，隨著工業(yè)自動(dòng)化程度的不斷提高，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)通訊的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)的交換越來(lái)越普遍，PLC作為企業(yè)自動(dòng)化控制的中心樞紐，在設(shè)備的自動(dòng)化方面已經(jīng)不可缺少，PLC與變頻器的通訊功能的實(shí)現(xiàn)，為自動(dòng)化程度的提高向前邁了一大步，通過(guò)PROFIBUS DP網(wǎng)線實(shí)現(xiàn)通訊功能，由PLC將信號(hào)傳輸給變頻器實(shí)現(xiàn)控制電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)功能。本文結(jié)合西門子S7-400系列PLC與SINAMICS S120變頻器為例，淺談它們之間的網(wǎng)絡(luò)通訊功能。

SIMATIC S7-400是用于中、高檔性能范圍的可編程序控制器。模塊化及無(wú)風(fēng)扇的設(shè)計(jì)，堅(jiān)固耐用，容易擴(kuò)展和廣泛的通訊能力，容易實(shí)現(xiàn)的分布式結(jié)構(gòu)以及用戶友好的操作使SIMATIC S7-400成為中、高檔性能控制領(lǐng)域中首選的理想解決方案。

SINAMICS是西門子公司新一代的驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品，它將取代現(xiàn)有的MASTERDRIVES及SIMODRIVE系列的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、SINAMICS系列中的SINAMICS S120是集V/F控制、矢量控制、伺服控制為一體的多軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，具有模塊化的設(shè)計(jì)。各模塊間通過(guò)高速驅(qū)動(dòng)通訊接口DRIVE-CLIQ相互連接。

2、硬件組態(tài)

2.1 PROFIBUS DP總線

PROFIBUS DP是一種高速低成本工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線，用于設(shè)備級(jí)控制系統(tǒng)與分散式I/O的通信。使用PROFIBUS DP可取代辦24VDC或4-20mA信號(hào)傳輸。PROFIBUS DP用于現(xiàn)場(chǎng)層的高速數(shù)據(jù)傳送，主站周期地讀取從站的輸入信息并周期地向從站發(fā)送輸出信息。總線循環(huán)時(shí)間必須要比主站（PLC）程序循環(huán)時(shí)間短。除周期性用戶數(shù)據(jù)傳輸外，PROFIBUS DP還提供智能化設(shè)備所需的非周期性通信以進(jìn)行組態(tài).診斷和報(bào)警處理。PROFIBUS是一種用于工廠自動(dòng)化車間級(jí)監(jiān)控和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層數(shù)據(jù)通信與控制的現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)?？蓪?shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層到車間級(jí)監(jiān)控的分散式數(shù)字控制和現(xiàn)場(chǎng)通信網(wǎng)絡(luò)，從而為實(shí)現(xiàn)工廠綜合自動(dòng)化和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備智能化提供了可行的解決方案。

S7-400與SINAMICS S120之間通過(guò)PROFIBUS DP總線可進(jìn)行周期性及非周期性數(shù)據(jù)通訊。使用標(biāo)準(zhǔn)S7功能塊SFC14/SFC15，S7-300/400PLC通過(guò)PROFIBUS周期性通訊方式可將控制字1（CTW1）和主設(shè)定值（NSERP_B）發(fā)送至驅(qū)動(dòng)器，使用標(biāo)準(zhǔn)S7功能塊SFC58/SFC59，可以實(shí)現(xiàn)非周期性數(shù)據(jù)交換，讀取或?qū)懭腧?qū)動(dòng)器的參數(shù)，通常是在需要改變參數(shù)值時(shí)，才進(jìn)行讀寫操作。

2.2 PROFIBUS DP地址設(shè)置

變頻器S120地址設(shè)置，有兩種方式：

1、通過(guò)CU320模塊上的撥碼開關(guān)設(shè)置地址，地址設(shè)置有效值為1～126。注意：通過(guò)撥碼開關(guān)改變地址時(shí)應(yīng)斷掉變頻器電源。

2、撥碼開關(guān)全部撥到OFF或ON狀態(tài)時(shí)可以利用參數(shù)P918設(shè)置地址，否則P918參數(shù)中設(shè)置的地址是無(wú)效的。變頻器的PROFIBUS通訊波特率默認(rèn)為：1.5Mbps。

3、軟件編程

3.1 報(bào)文結(jié)構(gòu)

在Starter軟件里設(shè)置PROFIBUS通訊報(bào)文格式，例如：SIEMENS message frame 105 PZD10/10，點(diǎn)擊Transfer to HW configuration，PLC中就選擇了同樣的報(bào)文格式，同時(shí)為變頻器的整流模塊及電機(jī)模塊分配地址。編寫程序時(shí)使用這些地址便可訪問(wèn)變頻器，實(shí)現(xiàn)通訊功能。

3.2 用PROFIBUS DP總線對(duì)電機(jī)實(shí)現(xiàn)起、?？刂萍八俣冉o定

3.2.1 周期通訊

S7-400PLC通過(guò)PROFIBUS DP網(wǎng)周期性通訊方式將控制字1（CTW1）和主設(shè)定值（NSETP_B）發(fā)送至驅(qū)動(dòng)器。

1、控制字中Bit0做電機(jī)的起、?？刂?。

2、主設(shè)定值為速度設(shè)定值，頻率設(shè)定值和實(shí)際值要經(jīng)過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化，使得4000（十六進(jìn)制）對(duì)應(yīng)于50Hz，發(fā)送的最高頻率（最大值）為7FFF?？梢栽貾2000中修改標(biāo)準(zhǔn)化頻率，及參考頻率（缺省值為50Hz）。

3、當(dāng)組態(tài)的報(bào)文結(jié)構(gòu)PZD=2或自由報(bào)文999時(shí)，頻率設(shè)定值為一個(gè)字，在S7-400中可用“MOVE”指令進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送；當(dāng)組態(tài)的報(bào)文結(jié)構(gòu)PZD>2，頻率設(shè)定值為兩個(gè)字時(shí)，在S7-400中對(duì)PZD（過(guò)程數(shù)據(jù)）讀寫參數(shù)時(shí)需調(diào)用SFC14和SFC15系統(tǒng)功能塊。本例中使用SFC14與SFC15接受和發(fā)送數(shù)據(jù)。

SFC14（“DPRD_DAT”）用于讀PROFIBUS從站的數(shù)據(jù)

SFC15（“DPWR_DAT”）用于將數(shù)據(jù)寫入PROFIBUS從站

其中，EN為使能位，LADDR位為變頻器地址，RECORD為相應(yīng)DB塊地址，eg：P#DB142.DBX 0.0 BYTE 64為DB142從第0位開始的64個(gè)字節(jié)。RET_VAL為返回值。PLC通過(guò)周期通訊將控制字和主設(shè)定值發(fā)送給變頻器，控制變頻器的起、停及速度給定。

3.2.2 非周期通訊

S7-400PLC通過(guò)PROFIBUS非周期性通訊方式讀取參數(shù)需使用SFC58和SFC59兩個(gè)功能塊。使用SFC58/59可以交換大量的用戶數(shù)據(jù)（最多240bytes）。用擴(kuò)展PROFIBUS DP功能可以實(shí)現(xiàn)非周期性數(shù)據(jù)交換。傳輸數(shù)據(jù)塊的內(nèi)容應(yīng)遵照非周期參數(shù)通道結(jié)構(gòu)。

控制變頻器運(yùn)行通過(guò)先發(fā)送典型控制字047E再發(fā)送047F（Bit0的信號(hào)邊沿：ON）實(shí)現(xiàn)。

停止變頻器通過(guò)發(fā)送典型控制字047E（Bit0的信號(hào)邊沿：OFF）實(shí)現(xiàn)。

讀取變頻器狀態(tài)字及頻率實(shí)際值：PLC接收狀態(tài)字1（STSW1）與變頻器傳來(lái)的頻率實(shí)際值（NACT_B）。

4、結(jié)論

通過(guò)以上舉例講述，以PROFIBUS DP為基礎(chǔ)的PLC與變頻器之間的通訊協(xié)議，在企業(yè)中得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，其還可以實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)控功能，實(shí)時(shí)了解和掌握變頻器等設(shè)備運(yùn)行的狀況，與傳統(tǒng)方法相比，具有簡(jiǎn)單、高效、準(zhǔn)確等優(yōu)點(diǎn)，PLC與變頻器通訊的應(yīng)用已經(jīng)成為控制電機(jī)調(diào)速的主要手段。

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作者簡(jiǎn)介

李文波（1984.10- ）：男，漢族，河北遷安人，大學(xué)本科學(xué)歷，首鋼京唐公司，助理工程師，主要從事自動(dòng)化儀表專業(yè)工作。