西門子plc與abb變頻器的profibus_dp總線通訊技術(shù)
介紹了西門子s7-300plc與abb acs800系列變頻器之間的通訊，給出了具體的通訊協(xié)議、以垃圾滲濾液曝氣池羅茨風機為例，對解決的關(guān)鍵技術(shù)問題和解決思路作了闡述.
【摘要】介紹了西門子s7-300plc與abb acs800系列變頻器之間的通訊，給出了具體的通訊協(xié)議、以垃圾滲濾液曝氣池羅茨風機為例，對解決的關(guān)鍵技術(shù)問題和解決思路作了闡述。
關(guān)鍵詞變頻器 現(xiàn)場總線 profibus-dp plc
1、引言
profibus-dp中的dp即decentralized periphery，它具有高速低成本，用于設(shè)備級控制系統(tǒng)與分散式i/o的通信。它與profibus-pa（process automation ）、profibus-fms (fieldbus message specification )共同組成了profibus標準，適用于系統(tǒng)和外部設(shè)備之間的通信。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)。本文以垃圾滲濾液處理系統(tǒng)為列，就生化系統(tǒng)采用西門子s7-300 plc和abb公司的acs800變頻器實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通訊，通過網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)完成曝氣池羅茨風機傳動設(shè)備的控制。
2、系統(tǒng)硬件設(shè)計
該系統(tǒng)以西門子simatic s7 cpu315-2dp作為主站，abb變頻器acs800為從站，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。系統(tǒng)profibus-dp網(wǎng)絡(luò)配置圖如圖1所示。
圖 1系統(tǒng)profibus-dp網(wǎng)絡(luò)配置圖
編程軟件為step7 v5.5軟件，用于對s7-300 plc編程和對profibus-dp網(wǎng)進行組態(tài)和通訊配置,上位機監(jiān)控計算機與plc間采用profibus-dp的通訊方式。
rpba-01為與變頻器配套的通訊適配器,插在abb變頻器的插槽1內(nèi)，其中s1為總線終端器選擇開關(guān),總線終端器可以防止總線電纜端的信號反射，如果模塊是網(wǎng)絡(luò)中最后一個模塊或是第一個模塊，總線終端器必須設(shè)置為on ，若使用profibus 帶內(nèi)置終端器的d-sub 連接器時，必須斷開 rpba-01終端器；s2為dp地址十位,s3為dp地址個位，如地址為26，則s2撥到2，s3撥到6，在操作時，可以改變節(jié)點的地址，但是模塊必須重新初始化才能使改變生效。
3、系統(tǒng)通訊協(xié)議設(shè)計
profibus 是一種開放式串行通訊標準，該標準可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)在各類自動化元件之間互相交換，用于現(xiàn)場層的高速數(shù)據(jù)傳送。主站周期地讀取從站的輸入信息并周期地向從站發(fā)送輸出信息。總線循環(huán)時間必須要比主站（plc）程序循環(huán)時間短。除周期性用戶數(shù)據(jù)傳輸外，profibus-dp還提供智能化設(shè)備所需的非周期性通信以進行組態(tài)．診斷和報警處理。
①傳輸技術(shù)：rs－485雙絞線．雙線電纜或光纜。波特率從9.6k bit/s到12m bit/s?？偩€電纜的最大長度在100～1200 米范圍內(nèi)，具體長度取決于所選的傳輸速率。
②總線存?。焊髦髡鹃g令牌傳遞，主站與從站間為主－從傳送。支持單主或多主系統(tǒng)?？偩€上最多站點（主－從設(shè)備）數(shù)為126。profibus的理論地址范圍：0~127（127為廣播地址）。最多可用32個主站，總的站數(shù)可達127個（多主）。
③通信：點對點（用戶數(shù)據(jù)傳送）或廣播（控制指令）。循環(huán)主－從用戶數(shù)據(jù)傳送和非循環(huán)主－主數(shù)據(jù)傳送。
④運行模式：運行．清除．停止。
⑤同步：控制指令允許輸入和輸出同步。同步模式：輸出同步；鎖定模式：輸入同步。
⑥功能：dp主站和dp從站間的循環(huán)用戶有數(shù)據(jù)傳送。各dp從站的動態(tài)激活和可激活。dp從站組態(tài)的檢查。強大的診斷功能，三級診斷診斷信息。輸入或輸出的同步。通過總線給dp從站賦予地址。通過部線對dp主站（dpm1）進行配置，每dp從站的輸入和輸出數(shù)據(jù)最大為244字節(jié)。
⑦可靠性和保護機制：所有信息的傳輸按海明距離hd=4進行。dp從站帶看門狗定時器（watchdog timer）。對dp從站的輸入/輸出進行存取保護。dp主站上帶可變定時器的用戶數(shù)據(jù)傳送監(jiān)視。
⑧設(shè)備類型：第二類dp主站（dpm2）是可進行編程．組態(tài)．診斷的設(shè)備。第一類dp主站（dpm1）是中央可編程控制器，如plc．pc等。dp從站是帶二進制值或模擬量輸入輸出的驅(qū)動器．閥門等；同時也可以是智能從站，即從站支持可編程，一般智能從站即另外一個plc主機。
rpba-01 profibus-dp 適配器模塊只支持profibus-dp 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是變頻器運行時要定義的一些功能碼如正反轉(zhuǎn)命令源，給定值的命令源等;過程數(shù)據(jù)pzd是變頻器運行過程中要輸入/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5種類型的網(wǎng)絡(luò)ppo。
通訊協(xié)議設(shè)計為主/從方式，s7-300 plc作為主站，變頻器作為從站，主站向變頻器傳送控制指令，同時接受變頻器反饋的運行狀態(tài)及運行參數(shù)。變頻器與rpba-01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發(fā)來的控制。rpba-01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，變頻器將ram中的數(shù)據(jù)寫入控制字、設(shè)定值或讀出實際值、診斷信息等參量，從而使變頻器能夠按照計算機指令運行。
4、系統(tǒng)step7軟件設(shè)計
step7軟件設(shè)計主要包括項目系統(tǒng)組態(tài)及通訊編程：
（1）使用step7v5.5組態(tài)軟件，進入hardware configure，將rpba-01的gsd（設(shè)備數(shù)據(jù)庫）文件導入step7的編程環(huán)境中，點擊options-install gsd file 將abb變頻器的gsd文件導入step7中，如圖2左邊所示，導入成功后如圖2右邊所示，gsd文件可從www.profibus.com或從abb網(wǎng)站下載，文件名為abb_0812.gsd。
圖2 abb變頻器gsd文件導入圖
（2）選定s7-315-2dp為主站系統(tǒng)，默認地址為2，將abb的rpba-01組態(tài)到s7-315-2dp為主站的dp網(wǎng)上，并選定使用的ppo類型，在這里使用ppo4，設(shè)定站點網(wǎng)絡(luò)地址為4，如圖3所示,然后編譯存盤。
圖3 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)組態(tài)圖
（3）plc主機從從站讀取輸入信息并把輸出信息反送給從站，因此在plc主程序ob1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)與變頻器的通信控制，并在plc程序中建立一個數(shù)據(jù)塊db10，可以通過控制字來實現(xiàn)傳動設(shè)備的控制，用于變頻器的數(shù)據(jù)通信，通訊程序集通訊數(shù)據(jù)如圖4所示。
圖4 通訊程序和通訊數(shù)據(jù)圖
5、變頻器運行設(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)的設(shè)置，主要是abb drives profile(vender-specific)with ppo相關(guān)參數(shù)的設(shè)置。比如通訊類型、通訊地址、波特率、ppo類型等的設(shè)置。
6、結(jié)束語
abb變頻器與s7-300plc的連接已基本建立，通過plc編寫程序來控制變頻器的啟、停、速度給定等各項功能，來滿足工藝要求；同時也可以讀取變頻器數(shù)據(jù)在上位機進行顯示，達到在線監(jiān)視和診斷的目的，變頻器控制系統(tǒng)采用了profibus-dp現(xiàn)場總線控制模式后，整個系統(tǒng)的可靠性得到增強、數(shù)據(jù)傳輸速度得到提升，操作簡便，而且可根據(jù)工藝需要進行靈活的功能修改。此技術(shù)解決方案在垃圾滲濾液系統(tǒng)工程曝氣風機變頻器通訊控制中已得到很好的應(yīng)用，節(jié)約了成本，提高了節(jié)能效益和經(jīng)濟效益。
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