王東峰 于 洋 林 垠 孟祥富

（天津市精研工程機械傳動有限公司，天津 300384）

1 引言

Profibus-DP是一種高速率、低成本的通信連接，它是為自動化控制系統(tǒng)和設(shè)備上分散的I/ O 之間進(jìn)行通信而專門設(shè)計的。它采用RS-485或光纖傳輸技術(shù)，最大傳輸速率可以達(dá)到 12Mbps，采用PROFIBUS-DP 現(xiàn)場總線，具有以下優(yōu)點：

（1）開放性、互換性、可集成性。不同廠家的不同產(chǎn)品，只要支持Profibus-DP通信協(xié)議，都可以很容易地集成到控制系統(tǒng)中，因此控制系統(tǒng)可以實現(xiàn)很高的開放性和互換性，而且通過廠家提供的GSD文件，使得硬件組態(tài)非常方便，不需要太多設(shè)置就能夠?qū)a(chǎn)品輕松的集成到控制系統(tǒng)中。

（2）系統(tǒng)可靠性高、維護(hù)方便。基于Profibus-DP通信的控制系統(tǒng)采用總線連接方式，減少了控制系統(tǒng)與 I/O設(shè)備之間的連線，只需要一根通信電纜就可以實現(xiàn)控制系統(tǒng)與現(xiàn)場的連接，減小了故障發(fā)生的概率。硬件上Profibus-DP通信采用屏蔽雙絞線或光纖，抗干擾能力強，同時，系統(tǒng)具有對現(xiàn)場設(shè)備的分析功能，容易找到故障點，減少了故障查找的工作量。

（3）由于Profibus-DP通信最大傳輸速率可以達(dá)到12Mbps，而且主站與從站之間為數(shù)字化通信，所以可以實現(xiàn)高速、高精度控制。

（4）由于互換性強、連接簡便、可靠性高，可以減少電氣備件與連接電纜的數(shù)量，因此可以降低系統(tǒng)制造與運行成本。

到景花廠做廠長，其實還不如我在大發(fā)廠做課長呢。景花廠才三十來名員工，大發(fā)廠拋光車間五十多人呢。阿花切了一聲，說那不一樣，在大發(fā)廠，你管了那么多人，上面還有那么多人管你，總務(wù)管你，質(zhì)檢管你，財務(wù)管你，老板管你。你是風(fēng)箱里的老鼠，兩頭受氣。來景花廠做廠長就不同了，我是老板，你是廠長，許多事你說了算。

半圓塔輪收放纜裝置主動輪由西門子 MM440系列變頻器通過變頻電機驅(qū)動，主動輪通過鏈條帶動從動輪運動，由液壓缸帶動夾緊輪上下運動，使電纜牢固的壓在主動輪和從動輪上，當(dāng)主動輪正反向運動時，便實現(xiàn)電纜的收放動作。

半圓塔輪收放纜裝置的控制系統(tǒng)由兩部分組成，分別是遠(yuǎn)程控制柜和執(zhí)行機構(gòu)。遠(yuǎn)程控制柜采用一套西門子S7-300PLC作為主站，控制柜上有開關(guān)與電位器，向PLC發(fā)出各種控制信號，例如變頻器的起停命令、方向信號、頻率信號和油缸的伸縮命令等。執(zhí)行機構(gòu)由ET-200、S7-300PLC、變頻器、接觸器和比例板等組成，作為從站。主站與從站之間通過Profibus-DP總線進(jìn)行通信，從站接收到主站發(fā)出的命令后執(zhí)行相應(yīng)的動作，同時從站又向主站反饋自身的運行狀態(tài)，例如變頻器的實際工作頻率與轉(zhuǎn)動方向等，主站將這些反饋信號顯示或輸出到觸摸屏和指示燈上，從而實現(xiàn)整個系統(tǒng)的控制（系統(tǒng)構(gòu)成如圖1所示）。

圖1 半圓塔輪收放纜裝置控制原理

2 硬件配置

要使西門子 MM440變頻器能夠集成到控制系統(tǒng)中，必須購買一塊PROFIBUS通信模塊，其訂貨號為 6SE6400-1PB00-0AA0，然后將該模塊安裝到變頻器上，通過RS-485接口與ET-200模塊連接。

硬件組態(tài)時，打開西門子SIMATIC Manager軟件，新建一個S7-300的項目，CPU選用CPU315-DP，再新建一個DP總線網(wǎng)絡(luò)，PLC作為主站，然后把ET-200和變頻器都連接到DP總線上。組態(tài)變頻器時，在硬件組態(tài)頁面，從右邊目錄中選擇“Profibus DP/SIMOVERT/MICROMASTER 4”。由于MM440僅支持PPO1和PPO3通信類型，所以選擇PPO1，即通信區(qū)包含4PKW，2PZD，然后為通信板設(shè)置I/O地址，PKW區(qū)域，I：350-357，O：350-357；PZD區(qū)，I：360-363，O：360-363（硬件組態(tài)界面如圖2所示）。

硬件組態(tài)完成后，還要對變頻器如下參數(shù)進(jìn)行設(shè)置：

P0700 設(shè)為6 命令源來自PLC

P1000 設(shè)為6 頻率設(shè)定值來自PLC

P2051（1） 設(shè)為21 PZD2存儲變頻器實際輸出頻率值

完成以上設(shè)置后，變頻器與PLC在硬件上就完成了連接。

圖2 硬件組態(tài)界面

3 軟件編程

PLC對變頻器的控制與監(jiān)測是通過讀寫兩個PZD（過程數(shù)據(jù)）和4個PKW（參數(shù)標(biāo)識符值）完成的。下面分別說明。

3.1 對PZD（過程數(shù)據(jù)）的讀寫

變頻器控制字PZD是一組16位的二進(jìn)制編碼，其中PZD1控制字控制變頻器的工作模式，包括正反轉(zhuǎn)、啟動、停止和待機狀態(tài)等。PZD1的每一位二進(jìn)制都有特定的含義， 它規(guī)定了變頻器的工作模式并能夠反映變頻器的工作狀態(tài)，PZD1控制字的每一位含義見表1。

表1 MM440變頻器控制字含義

通過向PZD1寫入特定數(shù)據(jù)，就可以控制變頻器的動作，例如，向 PZD1寫入 W#16#47F，就可以使變頻器按照設(shè)定頻率值正向運行。同時，將PZD1的實際值讀入PLC中，就可以讀出變頻器的實際工作狀態(tài)。

PZD2是變頻器的頻率設(shè)定控制字，PZD2的值與頻率的對應(yīng)關(guān)系為:

所以，通過向PZD2寫入數(shù)據(jù)，就可以設(shè)定變頻器的工作頻率，例如，向PZD2寫入W#16#2000時，對應(yīng)變頻器的設(shè)定頻率為25Hz。通過讀取PZD2的實際值，我們就可以得到變頻器實際輸出的頻率值，從而可以得到轉(zhuǎn)速信息。

在需要對PZD進(jìn)行讀寫時，我們需要調(diào)用特殊功能塊SFC14和SFC15，這兩個特殊功能塊可以在SIMATIC Manager軟件的Standard LibrarySystem Function Blocks 中直接復(fù)制調(diào)用。其中SFC14為主站讀取Profibus從站數(shù)據(jù)，SFC15為向Profibus從站寫入數(shù)據(jù)。

為了方便讀寫數(shù)據(jù)，我們建立數(shù)據(jù)塊DB3，與從站的PZD相對應(yīng)。

在實際應(yīng)用中，PZD1的值是通過遠(yuǎn)程控制柜上的開關(guān)進(jìn)行設(shè)置的，遠(yuǎn)程控制柜上有正反轉(zhuǎn)開關(guān)，停止開關(guān)，操作這些開關(guān)，然后在程序中通過“MOVE”指令，就可以將實際操作命令發(fā)送到數(shù)據(jù)塊DB3，然后通過SFC15寫入MM440變頻器中，實現(xiàn)相應(yīng)的動作。

PZD2的值是變頻器的頻率設(shè)定值，在控制系統(tǒng)中，通過S7-300的模擬量輸入模塊采集一個頻率設(shè)定電位器R1輸出的0-10V的模擬量信號，通過SIMATIC Manager軟件的Standard LibraryS5-S7Converting Blocks中的FC105模擬量轉(zhuǎn)換工程量功能塊轉(zhuǎn)換成PLC能夠識別的數(shù)據(jù)存儲到數(shù)據(jù)塊DB1中，對應(yīng)關(guān)系如下：

調(diào)節(jié)電位器時，通過 FC105轉(zhuǎn)換再通過“MOVE”指令，就將頻率設(shè)定值發(fā)送到數(shù)據(jù)塊DB3，然后通過SFC15寫入MM440變頻器中，實現(xiàn)頻率的調(diào)節(jié)進(jìn)而改變電機的轉(zhuǎn)速。

設(shè)定值的傳送如圖3。

當(dāng)需要變頻器運轉(zhuǎn)時，操作遠(yuǎn)程控制柜上的旋鈕開關(guān)，向 PLC發(fā)出命令，然后通過 Profibus-DP總線通信，PLC向變頻器發(fā)送指令，變頻器開始動作，如圖4所示。

圖3 變頻器設(shè)定值傳送

圖4 變頻器與PLC通信程序

同時，變頻器向PLC反饋實際的工作狀態(tài)，存儲到DB3中，PLC讀取DB3中的變頻器狀態(tài)參數(shù)，然后顯示到觸摸屏和相應(yīng)的指示燈上。

3.2 對PKW（參數(shù)標(biāo)識符值）的讀寫。

對 PKW區(qū)數(shù)據(jù)進(jìn)行讀寫也是通過調(diào)用特殊功能塊SFC14和SFC15完成的。PKW一般是4個字，定義如下：

PKE 參數(shù)標(biāo)識符

IND 索引

PWE 參數(shù)值

PWE 參數(shù)值

通過對 PKW區(qū)數(shù)據(jù)的讀寫，就能夠得到變頻器實際的參數(shù)設(shè)定值，并能對參數(shù)值進(jìn)行修改，實現(xiàn)變頻器遠(yuǎn)程的參數(shù)化，方便對變頻器進(jìn)行設(shè)定。

4 結(jié)論

S7-300PLC通過Profibus-DP總線通信實現(xiàn)了對MM440變頻器的控制，半圓塔輪收放纜裝置在實際的使用中，減少了遠(yuǎn)程控制柜與執(zhí)行機構(gòu)之間的連接電纜，提高了系統(tǒng)的可靠性，使變頻器的參數(shù)修改更加容易操作，可以方便根據(jù)不同工況進(jìn)行快速的修改和調(diào)整。同時變頻器的主要運行數(shù)據(jù)都可以進(jìn)行監(jiān)測，方便用戶使用。該裝置投入使用后，運行平穩(wěn)，操作簡便，在收放纜作業(yè)中提高了生產(chǎn)效率，收到了用戶好評。相信類似的系統(tǒng)會有很廣泛的應(yīng)用。

[1] 廖常初. S7-300/400PLC應(yīng)用技術(shù)[M].北京:機械工業(yè)出版社,2008:355-371.

[2] 陳冰,謝經(jīng)明. Profibus現(xiàn)場總線在液壓控制系統(tǒng)中的應(yīng)用[J]. 液壓與氣動，2001(10):14-16.

[3] 西門子(中國)有限公司自動化與驅(qū)動集團(tuán). MM440變頻器使用大全[M].北京:西門子(中國)有限公司自動化與驅(qū)動集團(tuán),2003.