基于PROFIBUS總線PLC與變頻器通訊的實現(xiàn)研究

王懷軍

摘要：隨著科技的發(fā)展，社會的不斷變革，信息系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)置等對控制技術(shù)提出了高要求，這也是對該領(lǐng)域信息技術(shù)研究的拓展，為其提供了廣闊的發(fā)展空間。PROFIBUS總線技術(shù)是當(dāng)下最為熱門的話題，由于其在控制領(lǐng)域具有重要的位置，因此對其的研究也在不斷地加大，本文主要將以西門子型號S7-300PLC作為主控制器，從PROFIBUS總線技術(shù)角度出發(fā)，實現(xiàn)與變頻器通訊的有效連接，對變頻器的通信協(xié)議和PLC控制變頻器的啟動、停止、數(shù)據(jù)傳送方法等做深入的分析和探討，將系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)置以及參數(shù)配置研究出如何實現(xiàn)及給出。

關(guān)鍵詞：PROFIBUS PLC 變頻器 通訊 研究

中圖分類號：TN773 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-9416（2014）06-0006-01

當(dāng)前，在現(xiàn)場總線應(yīng)用中，應(yīng)用最為廣泛的當(dāng)屬PROFIBUS，之所以得到如此廣闊的發(fā)展空間主要是因為其能夠滿足生產(chǎn)過程中所需要現(xiàn)場數(shù)據(jù)可以隨時存取，這一要求在技術(shù)實現(xiàn)中是非常關(guān)鍵的點，它不僅能夠?qū)鞲衅饕约皥?zhí)行器領(lǐng)域所需的通訊達(dá)到覆蓋要求，還可以構(gòu)建單元機(jī)領(lǐng)域中所有網(wǎng)絡(luò)通訊的功能，具有多樣性。PROFIBUS現(xiàn)場總線不是開放式的現(xiàn)場總線，更不會對生產(chǎn)廠家產(chǎn)生依賴性，由于其具有多種自動化設(shè)備，可以實現(xiàn)接口通信的標(biāo)準(zhǔn)化和統(tǒng)一化，所以，其在社會上被廣泛應(yīng)用。

1 PROFIBUS現(xiàn)場總線的定義

PROFIBUS現(xiàn)場總線的英文縮寫是Process Fieldbus，其主要是國際認(rèn)可的一種現(xiàn)場總線的標(biāo)準(zhǔn)，它能夠給多種數(shù)據(jù)設(shè)備進(jìn)行串行現(xiàn)場總線技術(shù)和功能下定義，使這些所得數(shù)據(jù)能夠從傳感器或是執(zhí)行器廣泛分布到車間層，將數(shù)據(jù)具有全面化特點。PROFIBUS現(xiàn)場主線主要是用ISO網(wǎng)絡(luò)參考模型和OSI網(wǎng)絡(luò)參考模型作為基礎(chǔ)，并提出了PROFIBUS-DP、PROFIBUS-PA以及PROFIBUS-FMS這三種具有兼容性質(zhì)的通信協(xié)議類型，其三者之間不僅具有共同性和特點，而且各自又有不同的個性，各有側(cè)重的進(jìn)行應(yīng)用，因此能在一條總線上做混合型使用。

2 PROFIBUS總線PLC實現(xiàn)與變頻器通訊

2.1 主要系統(tǒng)內(nèi)部構(gòu)造

本文將以DANFOSS FC300型號的變頻器舉例，主要分析其與S7-300型號的PROFIBUS現(xiàn)場總線PLC之間實現(xiàn)通訊。以S7-300型號的一整套PLC主站和型號為FC300的一臺變頻器以及TP270觸摸屏一個，為系統(tǒng)的主要配置，應(yīng)用PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)來將S7-300的PLC和DanfossFC300變頻器之間實現(xiàn)通訊，并且通過PROFIBUS-DP讓變頻器控制電機(jī)，無論是開關(guān)還是調(diào)節(jié)速度，將變頻器在實際情況中的運(yùn)行狀態(tài)通過傳輸?shù)絇ROFIBUS網(wǎng)絡(luò)，然后數(shù)據(jù)講顯示在觸摸屏上，以此來實現(xiàn)控制電機(jī)運(yùn)行的目的。

中央處理器作為一級DP站，通過中央處理器將其內(nèi)部設(shè)置的PROFIBUS-DP接口和PROFIBUS總線連接在一起，用來讀取全部分布在總線上的數(shù)字量以及模擬量，并且有效的控制其傳輸。而觸摸屏作為二級的DP主站，主要具有進(jìn)行操作系統(tǒng)和監(jiān)視等功能。從站主要由變頻器和PROFIBUS通訊模塊所組成，主要用來完成主站PLC遠(yuǎn)程控制電機(jī)變頻。

2.2 應(yīng)用變頻器的具體參數(shù)設(shè)置

本文所針對的頻器型號為FC300來做進(jìn)一步研究，其是由丹麥丹弗斯公司所生產(chǎn)的，是一款變頻調(diào)速設(shè)備，是當(dāng)前的新型產(chǎn)品，汲取了以前5000系列的變頻器良好的總線通訊技術(shù)之精華，增加了一些靈活性，可作為全球共用總線PROFIBUS的從站，直接掛載于PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)中，能夠滿足過程控制中所要達(dá)到的要求。

（1）在S7系統(tǒng)中設(shè)置FC300參數(shù)；PROFIBUS總線PLC與變頻器的通訊區(qū)應(yīng)用有著密不可分的關(guān)聯(lián)性，首先要對通信報文進(jìn)行挑選，選擇PP02，S7系統(tǒng)會自動將地址進(jìn)行預(yù)設(shè)，把FC300分到I/O地址。當(dāng)需要對FC300參數(shù)進(jìn)行讀寫時，那么區(qū)域選定為PCV區(qū)，但是，有種情況除外，那就是如若不僅需要設(shè)定值以及控制字，還需要傳輸很多別的數(shù)據(jù)，此時則要選擇PCD區(qū)。在選項中有1，PCD以及PCV區(qū)域數(shù)據(jù)呈現(xiàn)連續(xù)性，且同有調(diào)用SFC14和SFC15（WHOLE CONS.2）及PCV數(shù)據(jù)獨(dú)有連續(xù)性，無需調(diào)用SFC14和SFC15（WORD CONS.），但是本文中主要采用的是選項中的“2，WORD CONS”。

在選項中“2，WORD CONS”中，對通信報文的選擇一般是PP02，S7系統(tǒng)將自動把地址進(jìn)行預(yù)設(shè)，把FC300分到I/O地址。進(jìn)行雙擊FC300，直接會進(jìn)入其屬性對話框，此時，在“Parameter Assignment”-->“Device-specific parameters”對變頻器進(jìn)行最初設(shè)置，選擇變頻器可通過網(wǎng)絡(luò)配置參數(shù)選項即可，英文標(biāo)志為“Enable Autoconfig”。

系統(tǒng)定義，控制字CTW選項將把在P915/0 PUN控制CTW、在P915/1 PUN電機(jī)實際的速度其百分比以及在P916/0 PUN狀態(tài)字STW根據(jù)PLC用來設(shè)定參數(shù)，能夠控制變頻器的良好運(yùn)行，PLC能夠通過變頻器讀取到實際狀況下所得參數(shù)，即狀態(tài)字STW選項。通過讀取CTW狀態(tài)字的概念可以得出，要想良好控制電機(jī)正常正轉(zhuǎn)運(yùn)行，其參數(shù)需要設(shè)置為“W#16#047C”，而反轉(zhuǎn)的參數(shù)設(shè)置為“W#16#847C”，想要讓其停止運(yùn)行的話，則需要設(shè)置為“W#16#0400”。

在考慮電機(jī)加速時間、減速時間以及最大參考值和最小參考值時，都可在選項中進(jìn)行設(shè)置，并且可依據(jù)其實際的運(yùn)行狀況和控制其需要的條件來進(jìn)行參數(shù)配置。在P916/1中PUN電機(jī)的主要數(shù)值是通過變頻器所讀取出的“Main Actual Value”，在P916/2中PUN電機(jī)的電流數(shù)值等是通過變頻器所讀取出的“Motor Current”。

（2）設(shè)置變頻器的參數(shù)；在進(jìn)行組態(tài)后，需要用PLC通過運(yùn)用PROFIBUS總線來實現(xiàn)對變頻器的控制，而且變頻器同樣也需要設(shè)置一定的參數(shù)才能加以完成，已達(dá)到所設(shè)定的控制目標(biāo)，因此，對進(jìn)行過初始化后的變頻器設(shè)置參數(shù)時需要注意以下幾點：一是設(shè)置P801命令源，主要是設(shè)置數(shù)字亦或控制字，也可以僅是控制字即可；二是設(shè)置P810控制字格式，主要設(shè)置為FC或是Profidrive；三是設(shè)置P918站號，主要設(shè)置為數(shù)字4，這是由于需要和硬件組態(tài)時必須保持一致性。

2.3 網(wǎng)絡(luò)通信編程

第一，要進(jìn)行建立數(shù)據(jù)塊。需要讀寫的數(shù)據(jù)主要是在DB數(shù)據(jù)塊中，而且其與硬件組態(tài)設(shè)置的I/O地址的大范圍或者是小范圍劃分出均等的區(qū)域，這樣有利于管理以及對應(yīng)關(guān)系的建立。所以，在建立DB1數(shù)據(jù)塊時，要把數(shù)據(jù)塊中所含有的數(shù)據(jù)地址和FC300中的兩個數(shù)據(jù)區(qū)（PCD、PCV）對應(yīng)上，實現(xiàn)對變頻器的控制，例如，控制其開關(guān)、調(diào)節(jié)速度、分閘、合閘、故障復(fù)位和電機(jī)電流等參數(shù)都需要得到相應(yīng)的數(shù)據(jù)。第二，進(jìn)行設(shè)置通信程序。主要是通過在S7系統(tǒng)中進(jìn)行設(shè)置FC300參數(shù)時，所應(yīng)用的“2，WORD CONS”，其通信報文的選擇是PP02，S7系統(tǒng)會自動將地址進(jìn)行預(yù)設(shè)，把FC300分到I/O地址中，并且是無需調(diào)用SFC14和SFC15的，直接能夠?qū)崿F(xiàn)PLC和變頻器之間的讀寫功能，僅需將系統(tǒng)自主分為PQW272，來與控制字CTW，參數(shù)“W#16#47C”實現(xiàn)控制電機(jī)正常正轉(zhuǎn)運(yùn)行。I/O地址中的PQW272，與電機(jī)實際速度的百分比相對應(yīng)，能夠通過對DB1.DBW0中的數(shù)據(jù)進(jìn)行修改，來達(dá)到調(diào)整電機(jī)實際狀況中運(yùn)行速度的目的。I/O地址中的PQW276可以依據(jù)硬件配置中所將FC300的設(shè)備設(shè)置的參數(shù)中在P915/2設(shè)定的電機(jī)加速時間“Ramp up Time”。

依據(jù)硬件配置FC300中所設(shè)定的設(shè)備設(shè)置參數(shù)，I/O地址中的PQW272，其與在P916/0的狀態(tài)字STW相對應(yīng)，PLC通過讀取變頻器中實際運(yùn)行狀況的參數(shù)，將數(shù)據(jù)存放于DB1.DBW10里。并且可以得出，I/O地址中的PIW274與PIW276地址是分別相對應(yīng)的。

3 結(jié)語

綜上所述，隨著科技的不斷進(jìn)步，現(xiàn)代化發(fā)展水平的提高，變頻器在社會科學(xué)領(lǐng)域及其他領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，因此，人們對其通信問題的關(guān)注度和重視度也逐漸提高，尤其是針對PROFIBUS總線PLC與變頻器的通訊的實現(xiàn)，做出了很多的研究，為增強(qiáng)該控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性以及易維護(hù)性做出了很多的努力，為降低系統(tǒng)工作風(fēng)險提高系統(tǒng)的響應(yīng)速度及控制精度，對變頻器的通信協(xié)議深入的進(jìn)行專研，領(lǐng)會其中含義，在編制控制程度時更加注重合理化，有效實現(xiàn)PLC與變頻器通訊問題。

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