PROFIBUS—DP總線在變頻調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用研究

王光梅

【摘要】 本文研究設(shè)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(diào)速裝置組成的變頻調(diào)速系統(tǒng)，并對該系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)組態(tài)、硬件組成、軟件設(shè)計及程序編寫進行了詳細的論述。該系統(tǒng)基于PROFIBUS-DP總線的主從結(jié)構(gòu)控制能夠?qū)崿F(xiàn)主站對智能從站的實時監(jiān)控，成功完成了系統(tǒng)的控制要求。

【關(guān)鍵詞】 PROFIBUS-DP 可編程控制器 變頻調(diào)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(dǎo)致變頻器控制系統(tǒng)布線增多，過多的繼電器降低了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，增加了系統(tǒng)的故障率。為了減少布線成本和降低故障率，可以利用現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)，僅需一根電纜就可以控制多臺變頻器的運行。通過網(wǎng)絡(luò)通訊進行數(shù)據(jù)交換的方式越來越普遍，以PLC作為企業(yè)自動化控制的中心樞紐，在設(shè)備的自動化方面已經(jīng)不可缺少，PLC與變頻器通過PROFIBUS DP網(wǎng)線實現(xiàn)通訊功能，為自動化程度的發(fā)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(xiàn)場總線的通信來控制變頻器。使其在工業(yè)控制中完全依靠編程就能夠控制現(xiàn)場的設(shè)備。以實現(xiàn)真正的工業(yè)自動化控制。這種控制方式初步形成了變頻調(diào)速系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)通信，對未來工業(yè)控制的發(fā)展奠定了堅實的基礎(chǔ)。變頻調(diào)速系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)組建與通信的方法以其優(yōu)越的性能在實際的工業(yè)控制中必將得到廣泛的應(yīng)用。

三、未來的方向

交流變頻調(diào)速技術(shù)是強弱電混合、機電一體的綜合性技術(shù)，既要處理巨大電能的轉(zhuǎn)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(shù)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(guān)的技術(shù)問題和新型電力電子器件的應(yīng)用技術(shù)問題，后者要解決（基于現(xiàn)代控制理論的控制策略和智能控制策略）的硬、軟件開發(fā)問題（在目前狀況下主要全數(shù)字控制技術(shù)）。

四、系統(tǒng)描述

在每個PROFIBUS-DP子網(wǎng)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(yè)自動化系統(tǒng)里的現(xiàn)場級傳動設(shè)備。用SIMATIC S7-300 PLC（以下簡稱PLC）通過Profibus通訊，控制現(xiàn)場級各電機的啟動、停止、速度給定等，同時讀取回來現(xiàn)場級各電機的運行狀態(tài)、速度實際值、電流實際值等信息。

五、網(wǎng)絡(luò)配置圖描述

整套系統(tǒng)由5個PROFIBUS-DP（現(xiàn)場總線）子網(wǎng)與1個MPI（多點接口）網(wǎng)構(gòu)成。每個PROFIBUS-DP子網(wǎng)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(xiàn)PLC對現(xiàn)場Drive的監(jiān)控。

六、軟硬件主要組成

組成該網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)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(xiàn)場級傳動裝置

本例規(guī)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(fā)送6個字的過程數(shù)據(jù)，各從6SE70及6RA70接收6個字的過程數(shù)據(jù)。

● 在Step7中創(chuàng)建功能FC101（PLC<==>6RA70），在Step7中對PZD讀寫時，需要調(diào)用系統(tǒng)功能SFC14和SFC15，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W#16#100（即256）和W#16#10C（即268）是6SE70和6RA70硬件組態(tài)時PZD的起始地址。

● 在Step7中創(chuàng)建功能FC2（16384<==>100%）。由于西門子傳動裝置規(guī)定，其內(nèi)部模擬量的傳輸都是整數(shù)的，整數(shù)16384對應(yīng)于100%，

● 在Step7中創(chuàng)建功能FC1（主聯(lián)鎖）。主要完成系統(tǒng)的合分閘、急停故障、故障復(fù)位、開停車、速度給定切換等基本聯(lián)鎖控制。