PLC與ABB變頻器之間的現場總線通訊技術

1引言

　　Profibus是目前工控系統中*成功的現場總線之一，得到了廣泛的應用。它是不依賴于生產廠家的、開放式的現場總線，各種各樣的自動化設備均可通過同樣的接口協議進行信息的交換。Profibus-DP（DistributedI/OSystem-分布式I/O系統）是一種經過優化的模塊，有較高的數據傳輸率，適用于系統和外部設備之間的通信，遠程I/O系統尤為合適。它允許高速度周期性的小批量數據通信，適用于對時間要求苛刻的自動化控制系統中。Profibus-DP現場總線系統可使許多現場設備（如PLC、智能變送器、變頻器）在同一總線進行雙向多信息數字通訊，因此可方便地使用不同廠家生產的控制測量系統相互連接成通訊網絡。濟鋼鮑德彩板有限公司是濟鋼集團總公司2003年投資興建的年產20萬噸大型彩板生產基地，其生產線中的固化爐、導熱油爐、煤氣制氫中的煤氣系統必須對煤氣通過煤氣加壓機進行二次加壓才能滿足生產工藝要求，煤氣加壓機控制系統采

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

　　2系統配置及通訊協議

　　（1）系統配置

　　該系統以西門子公司和ABB公司的相關產品來實現全數字交流調速系統在Profibus-DP網中的通訊及控制原理。附圖為該系統的Profibus-DP網的網絡配置圖，其中PLC為西門子公司的SIMATICS7-315-2DP，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STEP7V5.2軟件，用于對S7-300PLC編程和對Profibus-DP網進行組態和通訊配置。上位機畫面操作采用WinCC5.1進行畫面編程和操作，與PLC通訊采用以太網通訊方式。

　　（2）通訊協議

　　在本系統中，S7-300PLC作為主站，變頻器作為從站時，主站向變頻器傳送運行指令，同時接受變頻器反饋的運行狀態及故障報警狀態的信號。變頻器與NPBA-12通訊適配器模塊相連，接入Profibus-DP網中作為從站，接受從主站SIMATICS7-315-2DP來的控制。NPBA-12通訊適配器模塊將從Profibus-DP網中接收到的過程數據存入雙向RAM中，的每一個字都被編址，在變頻器端的雙向RAM可通過被編址參數排序，向變頻器寫入控制字、設置值或讀出實際值、診斷信息等參量。

　　變頻器現場總線控制系統若從軟件角度看，其核心內容是現場總線的通訊協議。Profibus-DP通訊協議的數據電報結構分為協議頭、網絡數據和協議層。網絡數據即PPO包括參數值PKW及過程數據PZD。參數值PKW是變頻器運行時要定義的一些功能碼；過程數據PZD是變頻器運行過程中要輸入/輸出的一些數據值，如頻率給定值、速度反饋值、電流反饋值等。Profibus-DP共有兩類型的網絡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。將網絡數據這樣分類定義的目的，是為了完成不同的任務，即PKW的傳輸與PZD的傳輸互不影響，均各自獨立工作，從而使變頻器能夠按照上**自動化系統的指令運行。

3STEP7項目系統組態及通訊編程

　　（1）使用STEP7V5.2組態軟件，進入HardwareConfigure完成S7-300PLC硬件組態；

　　（2）選定S7-315-2DP為主站系統，將NPBA-12的GSD（設備數據庫）文件導入STEP7的編程環境中，軟件組態NPBA-12到以S7-315-2DP為主站的DP網上，并選定使用的PPO類型，本設計使用PPO4，設定站點網絡地址。在變頻傳動裝置Profibus的結構中，ABB變頻器使用Profibus-DP通信模塊（NPBA-12）進行數據傳輸，主要是周期性的：主機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主程序中調用兩個系統功能塊SFC14和SFC15來讀寫這些數據，實現到變頻器的通信控制；

　　（3）在主PLC程序中建立一個數據塊，用于于變頻器的數據通信；建立一變量表，用于觀測實時通訊效果。

　　4變頻器運行設置

　　變頻器與PLC應用Profibus-DP現場總線連成網絡后，除在PLC自動化系統中進行編程外，在每個變頻器上也要進行適當的參數設置。

　　通訊電纜聯接后，啟動變頻器，完成對變頻器通訊參數的

　　4.1基本設置

　　（1）51.01—模塊類型，本參數顯示由傳動裝置探測到的模塊型號。其參數值用戶不可調整。如果本參數沒有定義，則不能在模塊與傳動之間建立通訊。

　　（2）51.02—本參數選擇通訊協議，“0”為選擇Profibus-DP通訊協議。

　　（3）51.03—本參數為Profibu

　　s連接選擇的PPO類型，“3”為PPO4，但變頻器上的PPO類型應與PLC上組態的PPO類型一致。

　　（4）51.04—本參數用于定義設備地址號，即變頻器的站點地址，在Profibus連路上的每一臺設備都必須有一個單獨的地址。本次設計中兩臺變頻器分別為2、3號站。［1］

　　4.2過程參數的連接

　　過程參數互聯完成NPBA-12雙端口RAM連接器與變頻器相應參數的定義和連接，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。在變頻器上設定下列連接參數。

　　（1）從PLC發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—變頻器的頻率設定值。

　　（2）從傳動裝置變頻器發送到PLC的PZD值

　　PZD1—狀態字，如報警、故障等變頻器運行狀態；

　　PZD2—變頻器的速度實際值、電流實際值等。

　　5結束語

　　變頻器控制系統采用了Profibus-DP現場總線控制模式后，不但整個系統可靠性強，操作簡便，而且可根據工藝需要進行靈活的功能修改。該系統在濟鋼鮑德彩板有限公司應用以后，運行效果良好，為今后總公司的自動化設備（不同廠家的網絡通訊）提供了一個成功典范。