西門子PLC與ABB變頻器之間的現(xiàn)場總線通訊技術(shù)

1 引言
Profibus-DP（Distributed I/O System-分布式I/O系統(tǒng)）是一種經(jīng)過優(yōu)化的模塊，有較高的數(shù)據(jù)傳輸率，適用于系統(tǒng)和外部設(shè)備之間的通信，遠(yuǎn)程I/O系統(tǒng)尤為合適。適用于對時間要求苛刻的自動化控制系統(tǒng)中。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(jìn)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)。通過Profibus-DP過程現(xiàn)場總線通訊技術(shù)的這一特點，本文分別采用西門子的S7-300 PLC和ABB公司的ACS800變頻器實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通訊，完成通過網(wǎng)絡(luò)控制傳動設(shè)備。
2 系統(tǒng)配置
1）該系統(tǒng)以西門子公司的SIMATIC S7-315-2DP作為主站，ABB公司的變頻器ABB-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。附圖為該系統(tǒng)的Profibus-DP網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)配置圖。

2）編程軟件為STEP7 V5.4軟件，用于對S7-300 PLC編程和對Profibus-DP網(wǎng)進(jìn)行組態(tài)和通訊配置,計算機與PLC通訊采用Profibus-DP通訊方式。
3）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)，其外觀如圖所示，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)中的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 ，當(dāng)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 通訊協(xié)議的設(shè)計
1）PROFIBUS 是一種開放式串行通訊標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)在各類自動化元件之間互相交換。 PROFIBUS 主要有三種類型：PROFIBUS-FMS （Fieldbus Message Specification，現(xiàn)場總線信息規(guī)范）, PROFIBUS-DP （DecentralisedPeriphery，分布式外設(shè)） 和PROFIBUS-PA （Process Automation, 過程自動化）。RPBA-01 PROFIBUS-DP 適配器模只支持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，其格式如下圖所示，其中：ID-參數(shù)識別 IND-數(shù)組索引號 VALUE-參數(shù)值 CW-控制字 SW-狀態(tài)字 REF-給定值 ACT-實際值 PZD-過程數(shù)據(jù) DW-數(shù)據(jù)字。

2）總線的物理傳輸媒介是雙絞型電纜（符合RS-485 標(biāo)準(zhǔn)）。總線電纜的最大長度在100～1200 米范圍內(nèi)，具體長度取決于所選的傳輸速率。最多可以有31 個節(jié)點連接到同一個PROFIBUS 網(wǎng)絡(luò)段上，并且不需要使用中繼器。如果使用中繼器，連接到網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點數(shù)（ 包括中繼器和主機站） 可以增加到127個。
3）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 STEP7項目系統(tǒng)組態(tài)及通訊編程
1） 使用STEP7V5.4組態(tài)軟件，進(jìn)入Hardware Configure，將RPBA-01的GSD（設(shè)備數(shù)據(jù)庫）文件導(dǎo)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(dǎo)入STEP7中，如圖1所示，導(dǎo)入成功后如圖2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。

2） 選定S7-315-2DP為主站系統(tǒng)，默認(rèn)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，本文使用PPO4，設(shè)定站點網(wǎng)絡(luò)地址為4，如下圖所示,然后編譯存盤。

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)到變頻器的通信控制，并在PLC程序中建立一個數(shù)據(jù)塊DB10，用于變頻器的數(shù)據(jù)通信，如圖所示,到此程序設(shè)計部分全部完成，可以通過控制字來實現(xiàn)傳動設(shè)備的控制。

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，如下圖所示。

6 結(jié)束語
這樣，ABB變頻器與S7-300PLC的連接已經(jīng)基本建立，可以通過編寫程序通過PLC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)通過上位機進(jìn)行顯示，達(dá)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，不但整個系統(tǒng)可靠性強，操作簡便，而且可根據(jù)工藝需要進(jìn)行靈活的功能修改。