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通 信 与 信 息 处 理 COmm u nIc at I O n an d I n f o r ma t ion P r o c es s i n g 自动化技术 与应用 2 01 0年第 2 9卷第 4期 Pr o f i -Ca n网关 简称 网关 ， 它能在 CAN 网络 与 P r o f i b u s - DP网络之 间架起 了一 座相互通信的桥梁 。网 关作为 P r o fi b u s D P的从站 ， 与 7 - 3 0 0 P L C主站构成 主从 MS 通信方式 。 2 ． 1 网络结构 华瑞公 司的 四台压 缩 机构成 C AN 局域 网 ， 通过 网 关与 P r o f i b u s - D P联结 ， 实 现在 P C机 上远程监控 ， 其 网 络结构 如 图 2所 示 。 图 2 网络结构 图 2 ． 2 网关地址 设定 如图 1 所示 ， 在网关的左下方有两个 P r o f i b u s 地址 拨码开 关 ， 用于设 定网关在 P r o f i b u s DP网络上的物理 地址 。在 P r o f i b u s -D P网络组态 中 ， 需要设 定网关的逻 辑地址， 这两个地址必须一致。同样网关左下方还有两 个 C AN 地址拨码 开关 ， 用于 CAN 网络的地址设 定 ， 这 个 物理 地址 也 必须 与软 件设 定 的逻 辑 地址 一 致 。 3 网关通信协议 3 ． 1 基本协 议 网关的通信报文遵循标准的 P r o f i b u s -D P协议 ， 具 有 下列 基本 特征 。 DP-S l a ve o n Si e me ns SPC3 As i c RS48 5 Ba ud r a t e 9． 6 0 0 Kba ud t o 1 2． O 0 0 Mba ud Au t o ba u d S up po r t e d Fr e e z e M o de No t s up por t e d Sync M o de No t s up po r t e d Sl a v e No d e Add r e s s Cha ng No t s upp or t e d Di a g no s t i c s No t s u pp or t e d 3 ． 2 通 信协议 S 7 3 0 0 P L C与网关是以主 从方 式进行数据传 输的 ， S 7 3 0 0 P L C在传输过程 中是主动方 ， 即 S 7 3 0 0 P L C主 站发送数据请 求报文 到网关从站 ， 从站返 回响应报 文[ 。 根据每次传输数据个数的不同， 通信报文可分为 8、 l 6 、3 2 、6 4字节四种报文类型。通信报文的长度 ， 在网 关初始化时设定， 文中以3 2字节报文长度为例进行说明。 每个通信 报文可分为 同步头和数据 区 数量不定 ， 取 决于 报文类 型 两部分 。 同步 头I 数 据 3 ． 2 ． 1 同步头B O ， 1 个字节 主一从 时 ， 同步 头分 为数据 长度 、功能位 、同步位 三 部 分 。 第 0 2位 数据长度。0 0 1 1 个数据， 0 1 0 - 2 个数据， 1 0 0 - 4个数据 。 第 3 --5位 功能位。0 0 0 一没有功能， O 0 1 一读数据 ， 0 l 1 一写数据 。 第 6 7 位 同步位。o 0 0 l 一 1 0一 l l 一 0 0循环 变 化 ， 且每 次不 同。 从 一主 时 ， 同步头 分成通 信状 态 、功 能位 、 同步位 三 部 分 。 第 0 2 位 通信状态。0 0 0 数据正常； 0 0 1 一参数设 置错 误 ， 0 1 0 一功能号错误 。 第 3 5 位 功能位 。0 0 0 一没有 功能 ； 0 1 0 一返回数据 ； l 1 1 一命令错误 。 第 6 7位 同步位。与发送的同步头保持一致。 3 ， 2 ． 2 3 2 字节的通信报文 1 3 2字 节通信 报文一次 传输 4个 运行参 数 ， 其结 构 如 下 B O l I l _ ___ J l 警 B 0 同步头 。 Bl B7 第 1 个运行参数 。 B8 一 B1 4 第 2个运行参 数。 B 1 5 一 B2 l 第 3个运行参 数 。 B 2 2一 B2 8 第 4个运行 参数 。 B2 9 B3 1 空。 2 每 个运行 参数包 含 7个 字节 。 I呈 l 坠 I 曼 I里 曼 l B1 压缩机 站号 。 B 2 、B3 参数号 。 B 4 、B5 参数值。 B 6 、B 7 参 数状态 。 3 参数状态字节 B 6 - 0 0 ， B7 I n p u t S t a t u s 如表 1所 示 。 自 动 化技 术 与 应 用 2 0 1 0 年 第2 9 卷 第4 期 i 煎1 亩与 1 言息 处 理 0 L 、 f r i ㈦ di r n 8 r d { n f o r m a t i on Pn c e s s i n 9 表 1 参数状态字节 B 7的表示法 Functi on 1 0 Bit 0 Pr eWarn i ng Acti Ve N0t Ac’ Bit i Warning Act iV e NOt Ac Bit 2 Shut down Wa rni ng ActiV e NOt Ac1 Bit 3 Shutdo wn Activ e N0t Ac1 Bit 4 Servi ce ActiV e N0t Ac1 Bit 5 Pemi gsiv e St art ActiV e NOt Act Bit 6 Sengor Er ror ActiV e N0t Ac1 Bi t 7 I n p u t S e t ／ N o t S e t S e t N Ot S 4 压缩机参数表 Z T 5 5 、V S D 3 7 F F、Z T 4 5 F F是三种不同型号的压缩 机 ， 它们的运行参数各 不相 同。网关为每种型 号的压 缩 机提 供 了不 同 的参数 表 ， 用 参 数号 代表 压 缩机运 行 参 数。本文以表 2 ， ZT5 5压缩机参数表为例进行说明。 表 2 Z T 5 5压缩机参数表 简化 序 号 信 号名 称 参 数 号单 位 变 换弄 数 1 排 气压 力 00 0 0 B a r 0 0 u S _ 2 空 气 过滤 嚣 压 差 0 0 01 1 B a r S 3 油 压 0 0 0 2 j B a r S 4 中 闸 冷却 嚣 压 力 0 O 0 3 I B a r 0 0 0 S 5 排 气 温 度 0 0 0 4； ℃ S 。 6 i 转 于排 气 温 度 0 0 0 5 l ℃ S 2 辨} 子排气温 度 0 0 0 7 {℃ 0 S 】 8 油 温 0 0 0 8 f ℃ 0 S】 属 性 l s hed IN T , ned IN T , ned I NT gned I NT gned I NT Kne d I NT g ned INT f g ned INT 5 网关的 GS D文件 P R OF I BU S设备具有不同的性能特征 ， 特征的不同表 现在功能 即 I ／ O信号的数量和诊断信息 的不同或总线参 数 ， 如波特率和监控时间不同。 这些参数对每种设备类型 和每家生产厂商来说均有差别 ， 为达到 P R OF I B US简单的 即插即用配置， 这些特征均在G S D文件中说明I 4 ] 。网关也 是 P R OF I B U S的一个设备 ， 它的 G S D文件 简化 如下 只有安装了网关的GS D文件， 才能在 S TE P 7的硬 件设备库中找到并配置它。 6 硬件组态 1 打开相应 S TE P 7工程项 目， 在硬 件组态 画面 中， 安装 网关的 GS D 文件 ， 按提示操作 即可。 2 在 图 3右侧的 目录树 内依次次选择 P ROF I BUS D P 、Ad d i t i o n a l F i e l d D e v i c e s 、G e n e r a l 、P r o f i 2 C a n将 其拖至左侧的P R O F I B U S D P电缆处【 。弹出P r o f i 2 C a n 模块属性窗口， 设置模块的DP地址为 3 本例中网关地 址 是 3 ， 按确认键结束 。 图 3 网关组 态图 3 在P r o f i 2 C a n模块的插槽 1 上， 插入 Un i v e r s a l mo d u l e 模块 。 4 配置通信缓冲区。根据 3 2字节的报文长度 ， 通 信缓冲区选择 3 2 b y t e I n ／ 3 2 b y t e O u t 。 双 击 P r o f i 2 C a n模块的通道 l ， 弹出 D P S l a v e 属性 窗 口， 选择 o u t i n p u t 方 式 ， 并按确认键。弹 出Ad d r e s s ／ I D窗 口， 设置 o u t p u t ／ i n p u t 的起始起址 、长度 3 2 、单 位 B y t e ， 即通信缓冲区为 QB 4 一 QB 3 5 ／ I B 4 ～ I B 3 5 ， 按确 认 键 结束 。 5 编译保存 ， 将配置下载到相应的 P LC内。 至此 ， S 7 3 0 0 P L C主站成功配置 了网关 ， 主站 已经 具备读取压缩机运行参数的条件。 7 软件编程 7 - 3 0 0 P L C与网关是以主从方式进行数据传输的， 主站 S 7 3 0 0必 须主动地 向从站 网关发送数据请求报 文 ， 接收 网关返 回的压 缩机运行 数据 。下面 以主站请求 返回1 压缩机的排气压力 参数号 0 0 0 0 、空气过滤器 压差 参数号0 0 0 1 、油压 参数号0 0 0 2 、中间冷却器压 力 参数号 0 0 0 3 为例进行说 明。 1 根据 3 2字节通信报文的格式 ， 设 计主站 请求报 文数据块 DB l 2 1 s e n d N 表 3所示 、从站返 回报文数 据块 DBl 5 1 r e c e i v e ， D B1 5 与 DB 1 2 类似。 2 主站请 求报文分析 在 表 3主 站请求 报文 中 D B1 2 ． D B B 0 4 C 0 1 0 0 1 1 0 0 。数据长度1 0 0 ， 表示 传输 4 个运行参数 ； 功能位 0 0 1 ， 表示读数据 ； 同步位 0 1 。 D B1 2 ． D B B 1 0 1 表示站地址 0 l ， 1 压缩机 站号在 压 缩机控 制器上设 置 。 通 信 与 信 息 处 理 Comm u nic at i o n a n d l n f o r ma t i o n P r oc es s i n g 自动化技 术与应用 2 0 1 0年第 2 9卷第 4期 D B1 2 ． DB W2 0 0 0 0 表示 参数号 0 0 0 0 ， 排气压力 。 D B 1 2 ． D B W9 0 0 0 1 表示参数号 0 0 0 1 ， 空气过滤器压差 。 D B1 2 ． DB W 1 6 0 0 0 2 表示参数号 0 0 0 2 ， 油压 。 D B1 2 ． DBW2 3 0 0 0 3 表 示参数号 0 0 0 3 ， 中间冷却 器压 力 。 表 3 主站请求报文数据块 D B 1 2 一“ 1 s e n d ” Ad d r N． B m T ype T nit ia 】， 缸ue C0 mme nt 0 O ST RU cT 0 0 Jo b1 ST RU ET 0 0 B 0 B YTE B 1 6 M C he ade r l 0 B 丑 Y T E B I 6 l 站 地 址 l 2 0 B 2 B Y T E B l 6 粕 O 0数 据 1 3 0 B3 B YT E Bl 6 棚 4 0 B 4 B Y T E B l 6 棚 数 据 5 0 B 5 B Y T E B l 6 棚 数 据 6 O B 6 B Y T E B l 6 栅 状 态 T O B 7 B Y T 旦 B 1 B 舶 状 态 8 0 B 8 B Y T E B 1 6 l 站 地 址 1 9 0 B 9 B Y T E B 1 6 棚 O l数 据 2 1 0 0 Bl 0 B YT E B棼l Bl 1 1 0 B B Y T E B 1 6 f0 数 据 1 2 0 B 2 B Y T E B 1 B 籼 数 据 1 3 0 B 1 3 B Y T E B l 6 粕 状 态 1 4 0 B l 4 B Y T E B l 6 0 状 态 1 5 0 B 1 5 B Y T E B 1 6 1 站 地 址 1 1 6 0 B 1 6 B Y T E B l 6 } 耵 0 2数 据 3 l 7 0 B1 ’ B YT E B1 6 } I 2 l 8 0 B 1 8 B Y T E B 聋 1 B 0 数 据 1 9 0 B 1 9 B Y T E B 1 6 j0 数 据 2 0 0 B 2 0 B Y T E B l 6 柏 状 态 2 1 0 B 2 1 B Y T E B 1 6 t 8 0 状 态 2 2 0 B 2 2 B Y T E B 1 6 1 站 地 址 1 2 3 0 B 2 3 B Y T E B 1 6 棚 0 3数 据 4 24 0 B 24 B YT E B1 6 榴 2 5 0 B 2 5 B Y T E B 1 6 0 数 据 2 6 0 B 2 6 B Y T E B 1 6 0 数 据 2 7 0 B 2 B Y T E B 1 6 椰 状 态 2 8 ． 0 I} 2 8 B Y T E B l e 禅 0 状 态 2 g 0 B 29 BYT E B1 8 柏 3 0 0 B 30 B YT E B1 6 棚 3i 0 B 3 B YT E B1 6 o 3 通信程序 。 在 S 7 3 0 0主程序 中， 每 隔 5 0 0 ms ， 调用数据 块移 动 功能块 S F C 2 0 B L KMO V ， 将主站请 求报文数据块 DB 1 2 1 s e n d 发送到通信缓冲区 Q B 4 一 QB 3 5 ， 如图4 所示 ； 并 把通信 缓冲区 I B 4 一 I B 3 5内接 1 t P 卜 一 日 m J 。 m I Se nd ． 】o bl一 g贮眦 R T _V AL I 聪 DS T． E ■ i3． 2 日 r E - 。 一N 一 I 4． 0 Fr T i 32一 K L DS Te LK 图 4 数据发送接收程序 收到的压缩机运行参数 ， 利用功能块 S FC 2 0存入从 站返回报文数据块DB1 5 1 r e c e i v e 中， 如表 4所示。 表 4 从站返回报文数据块 D B 1 5 - “ 1 r e c e iv e ” dd r Ha m Typ Act ua l V a 1u0 Co m m e nt 0 0 S TRL T 0 0 丁o b1 S T L I cT 0． 0 B0 BYT E Bl 6糈 0 hea de r 1 0 B 1 B Y T E B 1 B o1 站 地 址 1 0 B 2 B Y T E B 1 6 ∞ 0 0 0数 据 i 3 0 B 3 BY TE B1 6∞0 4 0 B 4 B Y T E B 1 6 1 C 数 据 5 0 B 5 B Y T E B 1 6 4 3 数 据 6 0 B 6 B Y T E B 1 6 棚 0 状 态 T 0 B 7 B Y T E B 1 6 糯 0 状 态 8 O B 8 B Y T E B l B 籼 1 站 地 址 1 9 0 B 9 B Y T E B 1 B 柏 0 O 1数 据 2 l0 0 B1 0 BY TE Bl 6禅 0 1 1 1 0 B 1 l B Y T E B l B F F 数 据 1 2 0 B l 2 B Y T E B l 6 3 数 据 1 3 0 B l 3 B Y T E B i 6 }0 0 状 态 1 4 0 B l 4 B Y T E B 1 8 糟 0 状 态 1 5 0 B l 5 B Y T E B l 6 幻l 站 地 址1 i 6 0 B 1 e B Y T E B l 8 0 0 0 2数 据 3 l 7 0 BI T BY TE Bl B柏2 l 8 0 B l 8 B Y T E B 1 6 } 10 A 数 据 l 9 0 B 1 9 B Y T E B 1 6 F 5 数 据 2 0 ． 0 B 2 0 B Y T E B 棼 1 6 0 0 状 态 21 ． 0 B 2l B Y T E B 】 6 }8 0 状 态 2 2 ． 0 B 2 2 B Y T E B 1 6 Io1 站 地 址1 2 3 0 B 2 3 B Y T E B l 6 耵0 0 3数 据 4 2 4 0 B 24 B YTE Bl 6 1 03 2 5 O B 2 5 B Y T E B l 6 禅 0 目 数 据 2 6 0 B 2 6 B Y T E B l 6 粕 8 数 据 2 7 O B 2 7 B Y T E B l 6 棚 0 状 态 2 8 0 五 2 8 B Y T E B l 8 黼 0 状 态 2 9 ． 0 B 2g BY TE Bl B 00 3 0 ． 0 B 30 BY TE Bl 6柏0 3 1 0 B 3l B YTE B 1 6 椰0 4 从 站返 回报文分析 在表 4从站 返 回报文 中 DB 1 5 ． D B B 0 5 0 1 0 0 1 0 0 0 0 。通信状态 0 0 0 ， 表示 数据 正常 ； 功能位 0 1 0 ， 表示返回数据 ； 同步位 O 1 ， 与发 送 的 同步 头一 致 。表 示数 据 传输 正 常 。 DB1 5 ． DB Bl 0 1 表示站地址 0 1 ， 1 压缩机 。 DB 1 5 ． DB W2 0 0 0 0 表示参数号 0 0 0 0 ， 排气压力 。 DB1 5 ． D B W4 1 C 4 3 变换成十进制为 7 2 3 5 ， 对照表 2 ， 乘 以变换系数 0 ． 0 0 1 ， 表 示排气压力 7 ． 2 3 5 Ba r 。 D B1 5 ． D B W6 0 0 8 0 状态值 0 0 8 0 ， 对照表 1 ， 表示无任 何 报警 。其他 参数 的状 态值与 此相 同 ， 下面不再 重复 。 D B 1 5 ． D B W9 O 0 0 1 表示参数号 0 0 0 1 ， 空气过滤器压差。 DB 1 5 ． DB W1 1 F F F 3 负数 变换成 十进制为 一 2 ， 乘 以变 换系数 0 ． 0 0 1 ， 表示 空气过滤器压差 一0 ． 0 2 B a r 。 DB l 5 ． D B W l 6 0 0 0 2 参数号 0 0 0 2 ， 油压 。 DBl 5 ． DB W 1 8 0 AF 5 变换成十进制为 2 8 0 5 ， 乘 以 变换 系数 0 ． 0 0 1 ， 表示油压 2 ． 8 0 5 Ba r 。 DB 1 5 ． D B W2 3 0 0 0 3 参数号 0 0 0 3 ， 中间冷却器压力 。 DB 1 5 ． D B w2 5 0 9 D8 变换成十进制为 2 5 2 0 ， 乘以变 换系数 0 ． 0 0 1 ， 表示 中间冷却器压力 2 ． 5 2 Ba r 。 其 他参 数与 此类 似 ， 不再赘述 。 压 缩机 的运行参数通过 网关上 传到 S 7 3 0 0 P L C， 下转第 7 6页 自 动化 技术 与 应 用 2 0 1 0 年 第2 9 卷 第4 期 仪 器 仪 表 与 检 测 技 术 ⋯ I 1 f a{0 1 d M 0a ⋯ t 图8 利用分裂基 F F T得到的电源信号频谱图 我们采用 6 4 0 0 Hz 的采样频率对输入信号进行采样， 采样 1 0 2 4 个点进行离线分析， 分别运用基2 F F T和分裂 基 FFT算法进行运算和分析 ， 计算 出直 流分量 和 2 0次 以内谐波的幅值。两种算法分别得到的电源信号频谱图 如图7和图8所示， 各次谐波的幅值结果如表 2所示。 表 2 各次谐波幅值 t 1 ． - 2， 町删的 谐垃■僵 从表 2可以看出， 由于我们将信号进行 电压抬升 ， 所 以 存在直流分量。运用两种算法分析得出的结果大致相近， 各次谐波分量的幅值相对于基波分量的幅值显得很小。 我们应用 D S P内部的定时器计算算法运行时间， 得 出分裂基 F F T运行时间为0 ． 7 8 4 6 0 9 2秒， 基- 2 F F T算 法运行时间为 1 ． 1 4 9 8 8 5秒。由此可以看出， 在运用两 种算法分析得出的结果大致相同的情况下， 分裂基算法 可节省分析时间， 与理论相符 ， 证明分裂基算法 比常用 的基2 F F T算法有运算速度上的优势， 能有效提高谐 波检 测 的快速 性 。 5 结束语 电力系统工程 中， 谐波含量是衡量 电能质量的重要 指标之一 ， 对谐波进行检测与分析， 是抑制和消除谐波 的前提。通过以上实验可以看出， 分裂基 F FT分析方法 能快速有效地实时检测出基波和各次谐波的参数， 在保 证检测精度的情况下， 比常用的基 一2 F F T算法有运算 速度上的优势， 可作为一种通用算法应用于电网谐波检 测和各种检测仪器中， 达到实时性、快速性、高精确度， 节 省成 本 ， 提高检 测效率 。 参考文献 【 1 ]程培青． 数字信号处理教程[ M】 ． 北京 清华大学出版社， 2 0 0 1 ． [ 2 ]丁玉美， 高西全． 数字信号处理【 M] ． 西安 西安电子科技 大学 出版社 ， 2 0 0 1 ． [ 3 】吴波， 何金国， 李湘生， 何朝阳． 分裂基算法在虚拟频谱 分析中的应用研究[ J j ． 湖北工学院学报， 2 0 0 3 ， 1 8 3 5 3 5 5 ． 作者 简介 王裕 1 9 8 4一，男，硕士研 究生，研究方 向 智 能 化 检 测 与 控 制 技 术 。 上接第 5 7页 经过系数变换， 在 Wi n C C 6 ． 0监控界面上显示 ， 监控显示 数据与压缩机实际运行参数一致 。 异种智 能设备 通信 的难 点在于 通信协议不 同 ， 不 同 通信协议之间的数据通信， 需要合适的中介～～ 网关。 应用网关的关键在于分析网关的通信协议。 8 结束语 华瑞公司 A t l a s C o p c o 压缩机与s 7 3 0 0 P L C数据通 信系 统运行三 年多来 ， 工作 稳定 ， 数据显示正确 ， 减轻 了 操 作人 员 的工作 强度 ，有效 地保 障了压 缩机 的安 全 运 行。A t l a s C o p c o压缩机在我国企业 中应用 比较广泛 ， 它 与异种网络通信的 问题 普遍存在 。利用 P r o f i Ca 13网 关 ， 实 现压缩机与 S 7 ～3 0 0数据通信的方 式 ， 能为许多企 业 提供 借鉴 。 参考文献 【 1 J崔坚． 西门子工业网络通信指南 上 【 M] ． 1 版． 北京 机械 工业出版社 ， 2 0 0 5 ． f 2 】崔坚． 西门子工业网络通信指南 下 【 M] ． 1 版． 北京 机械 工业 出版社 ， 2 0 0 5 3 3 8 ． f 3 】李正军． 现场总线与工业以太网及其应用系统设计[ M】 ． 1 版． 北京 人民邮电出版社， 2 0 0 6 9 4 ． [ 4 】吉顺平， 孙承志． 西门子 P L C与工业 网络技术[ M】 ． 1 版 ． 北京 机械工业出版社 ， 2 0 0 8 2 0 4 ． 作者简介 韩岳平 1 9 6 5 一 ， 男， 工程师， 主要从事自动化控 器 簧 豢藏 穗 撩 器
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