裴永清，劉 浩，楊 榮

（1.蘭州工業(yè)學(xué)院，甘肅蘭州730050；2.天水電氣傳動(dòng)研究所有限責(zé)任公司，甘肅天水741020）

1 引言

現(xiàn)場(chǎng)總線（PROFIBUS）是當(dāng)今世界上應(yīng)用最廣的一種工業(yè)數(shù)據(jù)總線，它主要解決工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的智能化儀器儀表、控制器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)等現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備間的數(shù)字通信以及這些現(xiàn)場(chǎng)控制設(shè)備和高級(jí)控制系統(tǒng)之間的信息傳遞問題。即現(xiàn)場(chǎng)總線是把單個(gè)分散的數(shù)字化智能化的測(cè)量和控制設(shè)備作為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，用總線相連接實(shí)現(xiàn)其相互交換的系統(tǒng)。PROFIBUSDP作為PROFIBUS標(biāo)準(zhǔn)中的一種，是一種簡(jiǎn)單、高速（數(shù)據(jù)傳輸速率 9.6kb／s～12Mb／s）、經(jīng)濟(jì)的現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)，主要用于現(xiàn)場(chǎng)控制器與分散I／O之間的通信，可以滿足交直流調(diào)速系統(tǒng)快速響應(yīng)的時(shí)間要求。因此在工業(yè)控制中已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用。在此重點(diǎn)討論P(yáng)ROFIBUS-DP總線中6SE70交流調(diào)速器的通信方式和相關(guān)參數(shù)設(shè)置，并給出了S7-300PLC與6SE70交流調(diào)速器間基于PROFIBUS-DP總線的編程實(shí)現(xiàn)方法。最后結(jié)合單電機(jī)的交流流拖動(dòng)調(diào)速裝置，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行了說明。

2 PROFIBUS-DP協(xié)議和網(wǎng)絡(luò)參數(shù)設(shè)備

2.1 通信協(xié)議

PROFIBUS-DP的協(xié)議以ISO／OSI模型為參考，并對(duì)其進(jìn)行了簡(jiǎn)化。PROFIBUS-DP使用了第1層、第2層（即物理層和數(shù)據(jù)鏈路層）和用戶層，第3層到第7層未使用（這些層必要的功能在第2層或用戶層中實(shí)現(xiàn)）。這種精簡(jiǎn)的結(jié)構(gòu)確保高速數(shù)據(jù)傳輸及較小的系統(tǒng)開銷。在用戶接口中規(guī)定了PROFIBUS-DP設(shè)備的應(yīng)用功能，以及各種類型系統(tǒng)和設(shè)備的行為特性。這種為高速傳輸用戶數(shù)據(jù)而優(yōu)化的PROFIBUS協(xié)議特別適用于可編程控制器與現(xiàn)場(chǎng)分散的I／O設(shè)備之間的通信。

PROFIBUS支持主從系統(tǒng)、純主站系統(tǒng)、多主多從混合系統(tǒng)等幾種傳輸方式。主站具有對(duì)總線的控制權(quán)，可主動(dòng)發(fā)送信息。對(duì)多主站系統(tǒng)來說，主站之間采用令牌方式傳遞信息，得到令牌的站點(diǎn)可在一個(gè)事先規(guī)定的時(shí)間內(nèi)擁有總線控制權(quán)，共事先規(guī)定好令牌在各主站中循環(huán)一周的最長時(shí)間。按PROFIBUS的通信規(guī)范，令牌在主站之間按地址編號(hào)順序，沿上行方向進(jìn)行傳遞。主站在得到控制權(quán)時(shí)，可以按主從方式，向從站發(fā)送或索取信息，實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信。主站可采取對(duì)所有站點(diǎn)廣播（不要求應(yīng)答），或有選擇地向一組站點(diǎn)廣播。

PROFIBUS-DP通信協(xié)議的數(shù)據(jù)電報(bào)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)即可用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，稱之為參數(shù)過程數(shù)據(jù)對(duì)象PPO（Parameter Process data Object），分成不同兩部份且能用報(bào)文分別傳送，包括參數(shù)區(qū)PKW和過程數(shù)據(jù)區(qū)PZD。參數(shù)部分（PKW-參數(shù)識(shí)別值）用于讀、寫參數(shù)值。過程數(shù)據(jù)（PZD）部分包括控制字、設(shè)定值、狀態(tài)字和實(shí)際值。

調(diào)速器運(yùn)行時(shí)，只有將頻率設(shè)定值和速度實(shí)際值與實(shí)際控制通道連接，調(diào)速器才能按照主站的指令運(yùn)行，同時(shí)將實(shí)際值反饋到主站。系統(tǒng)工作時(shí)，CBP將接收到的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在自身的內(nèi)存中，然后通過模擬量連接器，將每個(gè)過程數(shù)據(jù)PZD i（i＝1，2，……，10）與控制通道連接起來。

2.2 PROFIBUS板（CPB2）網(wǎng)絡(luò)通信的參數(shù)

CBP2是6SE70系列調(diào)速器的PROFIBUS接口板，調(diào)速器通過PROFIBUS-DP總線進(jìn)行連接后，除了要在主站中設(shè)置連接外，還要對(duì)調(diào)速器本身的一些功能參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，才能保證主站和從站間的正常通信。參數(shù)P918用來設(shè)定從站的總線地址，這是網(wǎng)絡(luò)的基本通信參數(shù)。設(shè)定后還需進(jìn)一步地設(shè)定控制字的連接器通道，以實(shí)現(xiàn)控制字、給定值、狀態(tài)字、狀態(tài)值的讀寫。

3 S7-300 PLC編程實(shí)現(xiàn)

首先，在STEP7的硬件組態(tài)中指定PPO的類型。根據(jù)PPO型的定義，對(duì)調(diào)速器的遠(yuǎn)程操作，是通過對(duì)參數(shù)區(qū)域和過程參數(shù)區(qū)域讀寫來完成的。系統(tǒng)提供了對(duì)連續(xù)數(shù)據(jù)區(qū)域操作功能塊，執(zhí)行相應(yīng)的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)讀寫操作。在STEP7編程環(huán)境下可以使用系統(tǒng)功能塊為SFC15“DPWR_DAT”和SFC14“DPRD_DAT”。使用 SFC15“DPWR_DAT”可以通過網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸指令標(biāo)準(zhǔn)DP從站遠(yuǎn)程I／O或過程映像輸入表寫入連續(xù)的數(shù)據(jù)。使用SFC14“DPRD_DAT”可以讀取標(biāo)準(zhǔn)DP從站中的連續(xù)數(shù)據(jù)區(qū)域。如果在數(shù)據(jù)傳輸中沒有錯(cuò)誤，那么讀回來的數(shù)據(jù)將保存在參數(shù)“RECORD”指向的目標(biāo)地址中。

4 應(yīng)用實(shí)例

以單電機(jī)的交流拖動(dòng)調(diào)速裝置為例，S7-300 PLC作為一級(jí)DP主站，負(fù)責(zé)在預(yù)定的信息周期內(nèi)循環(huán)與從站交換信息，發(fā)送控制信息，讀取從站的狀態(tài)等。SIMOREGDC-MASTER加上CBP2通訊板（PROFIBUS通訊模塊）后作為從站。

4.1 硬件連接

4.1.1 安裝CBP接口板

先將電子箱中的主電路板取出，將CBP裝在主控板上，然后插入電子箱并固定。

4.1.2 通信線路的連接

連接時(shí)可采用西門子提供的總線連接器，并在兩端打開終端電阻開關(guān)。單元間用PROFIBUS電纜和西門子總線快速連接器實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)互連。圖1所示為單電機(jī)的交流拖動(dòng)調(diào)速裝置系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)原理框圖。

4.2 參數(shù)設(shè)置

6SE70交流調(diào)速器功能參數(shù)設(shè)置框圖如圖2所示。設(shè)定總線地址P918＝3；參數(shù)P554.1設(shè)為B3100（PZD控制字1的0位的源，啟停控制），為通過第一塊CB／TB板接收到數(shù)據(jù)字1的0位；參數(shù)P443設(shè)定主給定值的源，即主給定值K3002；參數(shù)P734的變址001設(shè)定在電報(bào)PZD區(qū)的字1，即狀態(tài)字K0032；P734的變址002設(shè)定在電報(bào)PZD區(qū)的字2，即狀態(tài)字K0033；P734的變址003設(shè)定在電報(bào)PZD區(qū)的字3，即速度的給定值KK0150；P734的變址004設(shè)定在電報(bào)PZD區(qū)的字4，即實(shí)際速度的反饋值KK0020。P734的變址005設(shè)定在電報(bào)PZD區(qū)的字5，即實(shí)際轉(zhuǎn)矩反饋值K0024。調(diào)速器通過上述設(shè)定后，即可按照上一級(jí)自動(dòng)化系統(tǒng)的要求進(jìn)行工作。

圖1 單電機(jī)交流拖動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)框圖

圖2 6SE70交流調(diào)速器功能參數(shù)設(shè)置框圖

圖3 系統(tǒng)組態(tài)

圖4 發(fā)送和接收的編制程序

4.3 組態(tài)與編程

在STEP7中對(duì)調(diào)速器進(jìn)行硬件組態(tài)，選擇CBP板的PPO類型為PPO5，即PZD為10個(gè)字。通過以上設(shè)定，即可用程序?qū)崿F(xiàn)對(duì)調(diào)速器的遠(yuǎn)程控制。圖3所示為系統(tǒng)組態(tài)，圖4所示為發(fā)送和接收的編制程序。

上述步驟完成后，PLC及6SE70調(diào)速器送電，此時(shí)CBP上3個(gè)發(fā)光管同時(shí)閃亮，表示通信成功。其中，紅色LED代表CBP2狀態(tài)，黃色LED代表在SIMOREG同CBP2間進(jìn)行通信，綠色LED代表在CBP2同PROFIBUS間進(jìn)行通信。

5 結(jié)論

調(diào)速器采用PROFIBUS－DP現(xiàn)場(chǎng)總線控制模式后，使系統(tǒng)的穩(wěn)定性和實(shí)時(shí)性得到較大的提高，極大地方便了系統(tǒng)的安裝調(diào)試、維護(hù)和運(yùn)行。用PROFIBUS構(gòu)成傳動(dòng)控制系統(tǒng)，達(dá)到了非常滿意的效果。采用這種方式，可以非常經(jīng)濟(jì)、有效地解決在傳動(dòng)系統(tǒng)中自動(dòng)化信息的傳遞問題，是目前值得大力推廣的系統(tǒng)解決方案。

［1] 劉 鍇，周 海.深入淺出西門子S7－300PLC［M] .北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2004.

［2] 周連毅.西門子PLC與變頻器間現(xiàn)場(chǎng)總線通訊［J] .科技情報(bào)開發(fā)與經(jīng)濟(jì)，2005.