PLC與ABB變頻器之間的現(xiàn)場總線通訊技術(shù)

1 引言

　　Profibus是目前工控系統(tǒng)中最成功的現(xiàn)場總線之一，得到了廣泛的應(yīng)用。它是不依賴于生產(chǎn)廠家的、開放式的現(xiàn)場總線，各種各樣的自動化設(shè)備均可通過同樣的接口協(xié)議進(jìn)行信息的交換。Profibus-DP（Distributed I/O System-分布式I/O系統(tǒng)）是一種經(jīng)過優(yōu)化的模塊，有較高的數(shù)據(jù)傳輸率，適用于系統(tǒng)和外部設(shè)備之間的通信，遠(yuǎn)程I/O系統(tǒng)尤為合適。它允許高速度周期性的小批量數(shù)據(jù)通信，適用于對時間要求苛刻的自動化控制系統(tǒng)中。Profibus-DP現(xiàn)場總線系統(tǒng)可使許多現(xiàn)場設(shè)備（如PLC、智能變送器、變頻器）在同一總線進(jìn)行雙向多信息數(shù)字通訊，因此可方便地使用不同廠家生產(chǎn)的控制測量系統(tǒng)相互連接成通訊網(wǎng)絡(luò)。濟(jì)鋼鮑德彩板有限公司是濟(jì)鋼集團(tuán)總公司2003年投資興建的年產(chǎn)20萬噸大型彩板生產(chǎn)基地，其生產(chǎn)線中的固化爐、導(dǎo)熱油爐、煤氣制氫中的煤氣系統(tǒng)必須對煤氣通過煤氣加壓機(jī)進(jìn)行二次加壓才能滿足生產(chǎn)工藝要求，煤氣加壓機(jī)控制系統(tǒng)采

　　用Profibus-DP過程現(xiàn)場總線通訊技術(shù)方案，自動化控制單元與變頻器采用不同廠家的產(chǎn)品，分別采用西門子的S7-300 PLC和ABB公司的ACS600變頻器。

2 系統(tǒng)配置及通訊協(xié)議

　　（1） 系統(tǒng)配置

　　該系統(tǒng)以西門子公司和ABB公司的相關(guān)產(chǎn)品來實現(xiàn)全數(shù)字交流調(diào)速系統(tǒng)在Profibus-DP網(wǎng)中的通訊及控制原理。附圖為該系統(tǒng)的Profibus-DP網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)配置圖，其中PLC為西門子公司的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(jī)畫面操作采用WinCC5.1進(jìn)行畫面編程和操作，與PLC通訊采用以太網(wǎng)通訊方式。

　?。?） 通訊協(xié)議

　　在本系統(tǒng)中，S7-300 PLC作為主站，變頻器作為從站時，主站向變頻器傳送運(yùn)行指令，同時接受變頻器反饋的運(yùn)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來的控制。NPBA-12通訊適配器模塊將從Profibus-DP網(wǎng)中接收到的過程數(shù)據(jù)存入雙向RAM中，的每一個字都被編址，在變頻器端的雙向RAM可通過被編址參數(shù)排序，向變頻器寫入控制字、設(shè)置值或讀出實際值、診斷信息等參量。

　　變頻器現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)若從軟件角度看，其核心內(nèi)容是現(xiàn)場總線的通訊協(xié)議。Profibus-DP通訊協(xié)議的數(shù)據(jù)電報結(jié)構(gòu)分為協(xié)議頭、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)和協(xié)議層。網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)即PPO包括參數(shù)值PKW及過程數(shù)據(jù)PZD。參數(shù)值PKW是變頻器運(yùn)行時要定義的一些功能碼;過程數(shù)據(jù)PZD是變頻器運(yùn)行過程中要輸入/輸出的一些數(shù)據(jù)值，如頻率給定值、速度反饋值、電流反饋值等。Profibus-DP共有兩類型的網(wǎng)絡(luò)PPO：一類是無PKW而有2個字或6個字的PZD;另一類是有PKW且還有2個字、6個字或10個字的PZD。將網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)這樣分類定義的目的，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(dú)立工作，從而使變頻器能夠按照上一級自動化系統(tǒng)的指令運(yùn)行。

3 STEP7項目系統(tǒng)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(tǒng)，將NPBA-12的GSD（設(shè)備數(shù)據(jù)庫）文件導(dǎo)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類型，本設(shè)計使用PPO4，設(shè)定站點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)地址。在變頻傳動裝置Profibus的結(jié)構(gòu)中，ABB變頻器使用Profibus-DP通信模塊（NPBA-12）進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，主要是周期性的：主機(jī)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(diào)用兩個系統(tǒng)功能塊SFC14和SFC15來讀寫這些數(shù)據(jù)，實現(xiàn)到變頻器的通信控制;

　?。?） 在主PLC程序中建立一個數(shù)據(jù)塊，用于于變頻器的數(shù)據(jù)通信;建立一變量表，用于觀測實時通訊效果。

4 變頻器運(yùn)行設(shè)置

　　變頻器與PLC應(yīng)用Profibus-DP現(xiàn)場總線連成網(wǎng)絡(luò)后，除在PLC自動化系統(tǒng)中進(jìn)行編程外，在每個變頻器上也要進(jìn)行適當(dāng)?shù)膮?shù)設(shè)置。

　　通訊電纜聯(lián)接后，啟動變頻器，完成對變頻器通訊參數(shù)的

4.1 基本設(shè)置

　?。?） 51.01—模塊類型，本參數(shù)顯示由傳動裝置探測到的模塊型號。其參數(shù)值用戶不可調(diào)整。如果本參數(shù)沒有定義，則不能在模塊與傳動之間建立通訊。

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

　?。?） 51.03—本參數(shù)為Profibu

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

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

　　4.2 過程參數(shù)的連接

　　過程參數(shù)互聯(lián)完成NPBA-12雙端口RAM連接器與變頻器相應(yīng)參數(shù)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(shè)定下列連接參數(shù)。

　?。?） 從PLC發(fā)送到傳動裝置變頻器的PZD值

　　PZD1—控制字，如變頻器的啟動使能、停止、急停等控制命令;

　　PZD2—變頻器的頻率設(shè)定值。

　　（2） 從傳動裝置變頻器發(fā)送到PLC的PZD值

　　PZD1—狀態(tài)字，如報警、故障等變頻器運(yùn)行狀態(tài);

　　PZD2—變頻器的速度實際值、電流實際值等。

5 結(jié)束語

　　變頻器控制系統(tǒng)采用了Profibus-DP現(xiàn)場總線控制模式后，不但整個系統(tǒng)可靠性強(qiáng)，操作簡便，而且可根據(jù)工藝需要進(jìn)行靈活的功能修改。該系統(tǒng)在濟(jì)鋼鮑德彩板有限公司應(yīng)用以后，運(yùn)行效果良好，為今后總公司的自動化設(shè)備（不同廠家的網(wǎng)絡(luò)通訊）提供了一個成功典范。