【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(fēng)機(jī)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(jí)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(biāo)準(zhǔn)，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(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)。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(shí)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(fēng)機(jī)傳動(dòng)設(shè)備的控制。
2、系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
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(shí)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(jìn)行組態(tài)和通訊配置,上位機(jī)監(jiān)控計(jì)算機(jī)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(hào)反射，如果模塊是網(wǎng)絡(luò)中最后一個(gè)模塊或是第一個(gè)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(shí)，必須斷開 RPBA-01終端器;S2為DP地址十位,S3為DP地址個(gè)位，如地址為26，則S2撥到2，S3撥到6，在操作時(shí)，可以改變節(jié)點(diǎn)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(jì)
PROFIBUS 是一種開放式串行通訊標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)在各類自動(dòng)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(shí)間必須要比主站(PLC)程序循環(huán)時(shí)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(jìn)行組態(tài).診斷和報(bào)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。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。
②總線存取：各主站間令牌傳遞，主站與從站間為主-從傳送。支持單主或多主系統(tǒng)。總線上最多站點(diǎn)(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(gè)主站，總的站數(shù)可達(dá)127個(gè)(多主)。
③通信：點(diǎn)對點(diǎn)(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(yùn)行模式：運(yùn)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(dòng)態(tài)激活和可激活。DP從站組態(tài)的檢查。強(qiáng)大的診斷功能，三級(jí)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(jìn)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(hù)機(jī)制：所有信息的傳輸按海明距離HD=4進(jìn)行。DP從站帶看門狗定時(shí)器(Watchdog Timer)。對DP從站的輸入/輸出進(jìn)行存取保護(hù)。DP主站上帶可變定時(shí)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(jìn)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(jìn)制值或模擬量輸入輸出的驅(qū)動(dòng)器.閥門等;同時(shí)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(gè)PLC主機(jī)。
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(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(yùn)行時(shí)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(yùn)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(jì)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(shí)接受變頻器反饋的運(yùn)行狀態(tài)及運(yùn)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(shí)際值、診斷信息等參量，從而使變頻器能夠按照計(jì)算機(jī)指令運(yùn)行。
4、系統(tǒng)STEP7軟件設(shè)計(jì)
STEP7軟件設(shè)計(jì)主要包括項(xiàng)目系統(tǒng)組態(tài)及通訊編程：
(1)使用STEP7V5.5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(diǎn)擊options-install GSD file 將ABB變頻器的GSD文件導(dǎo)入STEP7中，如圖2左邊所示，導(dǎo)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(dǎo)入圖
(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，在這里使用PPO4，設(shè)定站點(diǎn)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(jī)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(gè)系統(tǒng)功能塊SFC14和SFC15來讀寫這些數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)與變頻器的通信控制，并在PLC程序中建立一個(gè)數(shù)據(jù)塊DB10，可以通過控制字來實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)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(yùn)行設(shè)置
通訊電纜聯(lián)接后，啟動(dòng)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(xiàng)功能，來滿足工藝要求;同時(shí)也可以讀取變頻器數(shù)據(jù)在上位機(jī)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，整個(gè)系統(tǒng)的可靠性得到增強(qiáng)、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(jìn)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(fēng)機(jī)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(jì)效益。
