【摘要】本文介紹了基于PROFIBUS-DP現(xiàn)場(chǎng)總線的控制技術(shù)，應(yīng)用歐姆龍PLC（CJ-H）和西門(mén)子變頻器6SE70，通過(guò)PROFIBUS-DP總線進(jìn)行通訊，實(shí)現(xiàn)了用PROFIBUS-DP通訊與端子切換控制6SE70的功能。

【關(guān)鍵詞】PROFIBUS-DP通訊；西門(mén)子變頻器6SE70；歐姆龍PLC；端子電壓控制

Abstract：This paper will introduce the control technology based on the field control system-PROFIBUS-DP.This kind of technology applies the PLC（CJ-H）of Omron and frequency transformer-6SE70 of Siemens，which are communicated by PROFIBUS-DP，so that 6SE70 can be controlled by PROFIBUS-DP and terminator switch.

Key words：communication of PROFIBUS-DP；frequency transformer-6SE70 of Siemens；PLC（CJ-H）of Omron；terminator voltage control

1.引言

PROFIBUS是一種國(guó)際化，開(kāi)放式，不依賴于設(shè)備生產(chǎn)商的現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)。PROFIBUS傳送速度可在9.6kbaud～12Mbaud范圍內(nèi)選擇，當(dāng)總線系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，所有連接到總線上的裝置應(yīng)該被設(shè)成相同的速度。PROFIBUS由三個(gè)兼容部分組成，即PROFIBUS-DP（Decentralized Periphery）；PROFIBUS-PA（ProcessAutomation）；PROFIBUS-FMS（Fieldbus Message Specification）[1]。PROFIBUS–DP：是一種高速低成本通信，用于設(shè)備級(jí)控制系統(tǒng)與分散式I/O的通信。使用PROFIBUS-DP可取代24VDC或4-20mA信號(hào)傳輸。目前80%以上的Profibus應(yīng)用是基于Profibus-DP。

本文通過(guò)對(duì)歐姆龍CJ系列PLC與6SE70之間通過(guò)Profibus-DP通訊，利用Profibus通訊控制變頻器的啟停，采取端子電壓控制變頻器的頻率，實(shí)現(xiàn)了遼海150T龍門(mén)吊項(xiàng)目的應(yīng)用。

2.系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成

本系統(tǒng)組成分為三個(gè)部分：監(jiān)視部分，控制部分，執(zhí)行部分[7]。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

監(jiān)視部分中上位機(jī)采用組態(tài)軟件——組態(tài)王6.5，觸摸屏采用威能MT500系列，兩者都對(duì)采集和處理的數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示和監(jiān)控。

控制部分是歐姆龍CJ系列PLC——CJ1-H的CPU，PROFIBUS專(zhuān)用模塊，AO與DO

模塊等，作為自動(dòng)化系統(tǒng)的核心，是連接監(jiān)視部分與執(zhí)行部分的橋梁。

執(zhí)行部分是西門(mén)子變頻器6SE70，將PLC傳達(dá)的指令進(jìn)行處理，實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的控制。

3.PLC與變頻器之間的控制實(shí)現(xiàn)

3.1 端子控制變頻的實(shí)現(xiàn)

西門(mén)子6SE70變頻器，方式有有硬件控制與軟件控制。硬件控制有模擬量端子控制（v/f）。其過(guò)程為：在變頻器的模擬輸入端子口輸入0-10V電壓，變頻器經(jīng)過(guò)內(nèi)部電路轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的頻率范圍，可對(duì)電機(jī)直接進(jìn)行控制。外部是通過(guò)調(diào)節(jié)電位器的阻值使輸入電壓變化范圍在0-10V。

V-F控制原理是由控制器產(chǎn)生一個(gè)控制電壓來(lái)控制壓控振蕩器的振蕩頻率。采用變?nèi)荻O管調(diào)節(jié)，當(dāng)受到一個(gè)變化電壓的時(shí)候它的容量會(huì)變化，變化的電容引起振蕩頻率的變化，于是產(chǎn)生變頻。把這個(gè)受控的頻率用于控制輸出電壓的頻率，使得受控的電機(jī)的轉(zhuǎn)速變化。

其角頻率與電壓的關(guān)系，可用公式表示：

（1）

其中為受控的頻率，為振蕩的中心頻率，為電容變化引起的變化電壓，為特征曲線的斜率，稱為VCO（壓控振蕩器）增益或靈敏度。

此時(shí)它的瞬時(shí)相位可根據(jù)公式

（2）

則有：

（其中為相位） （3）

變頻器頻率與電壓關(guān)系：

（4）

3.2 PROFIBUS-DP通訊的實(shí)現(xiàn)

首先在軟件中配置硬件（gsd文件），在變頻器面板上進(jìn)行相應(yīng)的參數(shù)設(shè)置，例如選擇相應(yīng)的從站節(jié)點(diǎn)。

對(duì)于調(diào)速驅(qū)動(dòng)裝置，根據(jù)變速驅(qū)動(dòng)行規(guī)，在周期型通道中傳輸?shù)臄?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)被定義為參數(shù)過(guò)程數(shù)據(jù)對(duì)象PPO（ParameterProcess Object）。這個(gè)通道經(jīng)常被稱為標(biāo)準(zhǔn)通道，其中包含有用的用戶數(shù)據(jù)。可用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)分為兩個(gè)部分且能用報(bào)文分別傳送：過(guò)程通道PZD部分、參數(shù)通道PKW部分[3]。

當(dāng)總線系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，這種用于PROFIBUS-DP主站到變頻器通訊類(lèi)型的PPO能夠從主站來(lái)配置。選擇哪種類(lèi)型PPO，取決于在自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)中傳動(dòng)裝置的任務(wù)。過(guò)程數(shù)據(jù)一直被傳送。在傳動(dòng)裝置中，它們具有最高的優(yōu)先級(jí)和最短的時(shí)隙等[4]。PPO一共具有5中類(lèi)型，如圖2所示：

圖2 參數(shù)過(guò)程數(shù)據(jù)對(duì)象（PPO）

參數(shù)數(shù)據(jù)區(qū)（PKW）：采用PKW原理（適用于PPO類(lèi)型1，2和5并且當(dāng)非周期性通道），用戶能夠執(zhí)行如下任務(wù)：處理和顯示參數(shù)（讀/寫(xiě)）；傳送和確認(rèn)參數(shù)變更報(bào)告。

參數(shù)區(qū)包含4個(gè)字：前兩個(gè)字（PKE和IND）的信息是關(guān)于主站請(qǐng)求任務(wù)（任務(wù)識(shí)別標(biāo)記ID）和從站應(yīng)答響應(yīng)（應(yīng)答識(shí)別標(biāo)記ID）的報(bào)文。PKW的后兩個(gè)字（PWE1和PWE2）用來(lái)讀寫(xiě)具體的參數(shù)數(shù)值。如圖3所示：

圖3 參數(shù)區(qū)（PKW）結(jié)構(gòu)

過(guò)程數(shù)據(jù)區(qū)（PZD）：過(guò)程通道PZD區(qū)是為監(jiān)測(cè)和控制調(diào)速驅(qū)動(dòng)裝置而設(shè)計(jì)的，在DP主站和從站中收到的PZD報(bào)文總是以最高的優(yōu)先級(jí)處理，即處理PZD過(guò)程通道的優(yōu)先級(jí)高于處理參數(shù)通道PKW的優(yōu)先級(jí)，而且PZD過(guò)程通道總是傳送調(diào)速驅(qū)動(dòng)裝置上當(dāng)前最新的有效數(shù)據(jù)。通常DP主站給傳動(dòng)裝置的任務(wù)報(bào)文中，第一個(gè)PZD字為控制字，第二個(gè)字為主設(shè)定值；傳動(dòng)裝置給DP主站的響應(yīng)報(bào)文中，第一個(gè)PZD字為狀態(tài)字，第二個(gè)字為主實(shí)際值。

本文采用的是PPO1的數(shù)據(jù)傳輸結(jié)構(gòu)，主站給變頻器任務(wù)報(bào)文的第一個(gè)字PZD1是變

頻器的控制字（STW）。變頻器給主站的PZD應(yīng)答報(bào)文的第一個(gè)PZD字是變頻器的狀態(tài)（ZSW）。通過(guò)程序給PZD賦值，就可以對(duì)變頻器進(jìn)行通信控制。

3.3 PROFIBUS與端子交替控制變頻的實(shí)現(xiàn)

本系統(tǒng)要求在同一臺(tái)變頻器實(shí)現(xiàn)對(duì)上小車(chē)運(yùn)行控制以及下小車(chē)的起升，它們的控制是交替進(jìn)行的[5]。前面提到PROFIBUS-DP通訊時(shí)數(shù)據(jù)傳輸結(jié)構(gòu)中，參數(shù)數(shù)據(jù)區(qū)（PKW）可以讀寫(xiě)參數(shù)設(shè)置，本項(xiàng)目正是利用這一特性，通過(guò)改變變頻器里參數(shù)值從而達(dá)到PROFIBUS與端子的交替控制?？紤]到Profibus-DP采用RS485通訊，采用不歸零（NRZ）編碼方式，傳輸速率為9.6Kbps-12Mbps。由于切換時(shí)的響應(yīng)速度很快，不會(huì)對(duì)控制部分產(chǎn)生影響。

控制流程圖為圖4所示：

圖4 控制流程圖

變頻器參數(shù)P368功能：當(dāng)執(zhí)行簡(jiǎn)單應(yīng)用的參數(shù)設(shè)置（P370）時(shí)所選擇給定值和命令源參數(shù)化的功能參數(shù)。0=PMU；1=模擬量輸入和端子排；2=固定設(shè)定值和端子排；3=電動(dòng)電位計(jì)和端子排；4=USS；5=SIMOLINK（當(dāng)時(shí)不能執(zhí)行）；6=PRFIBUS（需CBP）。

通過(guò)修改參數(shù)P368值，可以很方便進(jìn)行控制方式的切換，具體的一部分程序如下：

上小車(chē)運(yùn)行部分：

Mov #6170 3218//請(qǐng)求P368值，3218是參數(shù)名地址

Mov #0 3220//將值0寫(xiě)入?yún)?shù)值地位，3220是參數(shù)值高位地址

Mov #6 3221//將值6寫(xiě)入?yún)?shù)值地位，3221是參數(shù)值低位地址

下小車(chē)起升部分：

Mov #6170 3218//請(qǐng)求P368值，3218是參數(shù)名地址

Mov #0 3220//將值0寫(xiě)入?yún)?shù)值地位，3220是參數(shù)值高位地址

Mov #1 3221//將值1寫(xiě)入?yún)?shù)值地位，3221是參數(shù)值低位地址

通過(guò)修改參數(shù)設(shè)置，可以很好的控制兩車(chē)。在進(jìn)一步的調(diào)試過(guò)程中發(fā)現(xiàn)可以采用另一種方式：

上小車(chē)控制端子模擬量從變頻器部分通過(guò)PROFIBUS-DP讀取出來(lái)，然后轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的頻率值再傳送給變頻器，也能達(dá)到控制變頻器的目的，這樣做只需進(jìn)行PROFIBUS-DP通訊控制，可以對(duì)程序簡(jiǎn)化，并且也達(dá)到了預(yù)期的控制效果。

4.結(jié)束語(yǔ)

本文討論了6se70在Profibus-DP網(wǎng)絡(luò)中通訊的實(shí)現(xiàn)方法，采用了一個(gè)很顯著的控制方式：變頻器由通訊與端子電壓交替控制，這在以往的控制系統(tǒng)中很少采用。這種方式在實(shí)際中通過(guò)調(diào)試，實(shí)際運(yùn)行控制系統(tǒng)良好、可靠。

參考文獻(xiàn)

[1]朱強(qiáng)力.Profibus-DP通訊在PLC$7-300和變頻器6SE70上的應(yīng)用[J].北京：機(jī)械與電子，2007，27.

[2]張素文，賀凱歌.基于Profibus-DP的PLC與交流變頻器通訊的實(shí)現(xiàn)[J].江蘇：工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，2008，21（5）.

[3]Siemens Simovert Masterdrives矢量控制使用大全.

[4]DriveMon.Copyright（c）1995-2004，Siemens AG.Ai[Rilsht Reserved.

[5]黃琦，張寶余.PLC遠(yuǎn)程控制技術(shù)在龍門(mén)吊車(chē)中的應(yīng)用[J].核電工程與技術(shù)，2005，3.

[6]周軍，海心.電氣控制及PLC[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2001.

[7]張州，陸靜.Profibus現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)及其應(yīng)用[J].上海電力學(xué)院學(xué)報(bào)，2008，24（2）.

[8]鄭小倩，黃明琪.基于Profibus-DP通信研究與實(shí)現(xiàn)[J].計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制，2007，15（5）.