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邱田迎。林杰 山东齐韵有色冶金工程设计院。山东 淄博 2 5 5 0 5 2 西f - l q Ap p l i c a t i o no 摘要 通过P r o fib u s - DP 总线技术实现西门子s 7 3 0 0 系 I] P LC 系统与现场 智能设备之间的通信 。该P L C 控制系统总线连接设备有AB B ACS 8 0 0 变频 器，施耐德A T V7 1 变频器，智能MMC 保护装置。通过数据采集处理完成 对 电气设备的实时数据监控和控制。 关键词P r o fi b u s l变频器 ；通信；驱动 Ab s t r a c t T h e a r t i c l e i n t r o d u c e d t h e i mp l e me n t a t i o n o f t h e c o mmu n i c a l i o n o f th e S i e m e n s S 7 3 0 0 s e r i e s P LC s y s t e m wi t h the fi e l d i n t e l l i g e n c e d e v i c e s by u s i n g the p r o fi b us - DP fie l d b u s t e c hn i q u e ． Th e b u s i n t e r f a c i n g e q u i p me n t o f t h i s P LC c o n t r o l s y s t e m c o mp o s e d o fABB ACS8 0 0 i n v e rte S h i n a i d e ATV71 i n v e r t e r , a n d i n t e l l i g e n t M M C p r o t e c t i ve d e v i c e ． I t c o mp l e t e r e a l - t i me d a t a mo n i t o r i n g a n d c o n t r o l o f e l e c t r i c a l e q u i p me n t t h r o u g h d a t a c o l l e c t i o n． Ke y wo r ds P r o fi b u s ； I n v e rte r ； Co mmu n i c a t i o n s ； Dr i v e 1 引言 P r o fi b u s 是 目前国际上通用的现场总线标准之一 ，以其独特的 技术特点、严格的认证规范 、开放的标准 、众多厂商的支持和不 断发展的应用行规，已成为最重要的和应用最广泛的现场总线标 准 。P r o fi b u s 是 目前 自动化控制系统中最成功的现场总线之一，得 到了广泛的应用。它是开放式的现场总线 ，各种各样的 自动化设 备均可通过 同样的接 口协议进行网络信息传输 交换 。P r o fi b u s D P 有较高的数据传输率 ，适用于控制系统和外部智能设备及远程I ／ 0 设备之间的通信。P r o fi b u s - D P 现场总线系统可网络连接许多现场 设备 D P L C、智能变送器、变频器在 同一总线进行双向多信 息数字通信 ，因此可方便地使用不同厂家生产的控制测量系统相 互连接成通信网络。 中铝 山东分公司特 种氧 化铝 种子制备微 粉控制系统采用西 门子S 7 3 0 0 系P P L C 系统利用P r o fi b u s ． D P 总线技术完成与其他三 90 首 萄 疆噬 A U T O MA T I O N P A N O R A M A 2 0 1 1 ． 0 5 盼应用 方设备之间的通信 ，实现对设备的控制及监控。通过AB B 公司的 R P B A O l P R OF I B US D P 适配器模块实现与A B B 的AC S S 0 0 变频器 通信，通过施耐德公司的V W3 A3 3 0 7 型P r o fi b u s - D P 通信卡实现与 施耐德A T V7 1 变频器通信 ，通过P r o fi b u s D P 实现与尤耐特公司的 U N T - MMI 智能MC C 控制保护管理装置通信。通过P r o fi b u s 总线组 态及对变频器和智能MMC 综合保护器的主要通信参数进行设置 ， 实现了P L C系统和现场智能设备的通信 。 2 系统配置 2 ． 1 系统网络配置通信结构 西 门子P L C 系统硬件组态软件版本为S e t p 7 v 5 ． 4 ，工作站监 控软件版本为Wi n C C v 6 ． 0 。该 系统以西门子公司S 7 3 0 0 系列P L C 系统和AB B 公司A C S 8 0 0 变频器、施耐德公司A T V7 1 变频器、尤 耐特公司U N T - MMI 智能MMc 保护装置利用P r o fi b u s - DP 通信协议 实现网络通信过程及控制方法 。西门子P L C控制 系统C P U选型为 6 E S 7 3 1 5 - 2 A G1 0 0 A B 0 ，通过I M 1 5 3 1 扩展部分模拟量和数字量 ／ ／ O 模块 ，使用主． 从通信原理 ，对P r o fi b u s 总线设置波特率及主从 站地址 。硬件组态时对P r o fi b u s 总线上所有驱动设备作为从站并 对从站地址统一分配 ，现场驱动设备的波特率及工作地址等参数 与P r o fi b u s 总 线组态地址相统一 。工作站与P L C系统 以太网模块 采用T C P ／ I P 协议实现通信进行监控及操作控制。任何从站设备 ， 如 果想挂上P r o fi b u s DP 网络 ，都必须提供 一个GS D文件。这个 G S D 文件起到一个识别其身份、分配其功能的作用。A B B 变频器 A C S 8 0 0 系列的GS D文件为AB B 一0 8 1 2 ． G S D，施耐德变频器A T V 7 1 系列的GS D 文件为T e l e 0 9 5 6 ． G S D，尤耐特智能MMc 控制保护管理 装置的G S D文件为MMI B． G S D。打开西门子S I MA T I C Ma n a g e r 后 建立一个S I MA T I C 3 0 0 S t i o n 工程项 目，进入Ha r d w a r e 管理器 ， 在O p t i o n s 选项下找 lj l n s t a l l GS D F i l e s ，浏览找到上面三个G S D 文 件进行安装 。GS D文件安装完成后都可以在P R O F I B U S DP 树型菜 单下找到，显示路径分别为 A d d i t i o n a l F i e l d D e v i c e s D fi v e s ＼ T e l e ＼ A T V7 1 - P r o fi b u s DP．Ad d i t i o n a l F i e l d De v i c e s k Dr i v e s k ABB Dr i v e s RP BA一 01，Add i t i o na l Fi e l d De vi ce s ＼ I ／ O＼ UNT＼ UNT． M M I B。 PLC 系统的C P U 8 置为D P ma s t e r 作为主站 ，负责总 线管理和从站的 通信。变频器驱动和尤 耐特U NT - MMI - B 驱动作为从站直接挂在 P R O F I B US 总线上 ，但AB B D r i v e s R P B A一 0 1 驱动 中应选择P P O T y p e 4 。在本系统中，s 7 3 0 0 P L C 作为主站 ，变频器和智能MMC 保护器作为从站 ，主站向变频器传送控制字命令，同时接受变频 器反馈的状态字信号 。变频器控制字是现场总线系统控制传动单 元的基本方法 ，它由现场总线主机站发送给传动单元 ，适配器模 块充当一个网关的作用，传动单元根据控制字的位码信息作出反 应 ，并且通过状态字将状态信息反馈给主机。整个系统网络通信 配置图 受 图形大小影响对该图部分设备进行删减 如 图1 所示 。 图1 系统网络通信配置图 2 ． 2 现场总线设备通信参数设置 尤耐特 智能MMC控制保护 装置在通信 选项里选 择设置 为 P r o f i b u s ，参数设置 比较简单 ，具体通信参数可进人参数设置 中 对通信参数 口的总线通信地址及波特率进行详细设置 。其它运行 参数、保护参数 、可编程输入输出参数等可根据需要进行参数定 义 。 要实现施耐德A T V7 l 变频器与P r o fi b u s DP 网络的物理连接 ， P r o fi b u s DP 通信卡V W3 A 3 3 0 7 是必不可少的 。对于该通信卡 ，仅 需要设置P r o fi b u s - D P 的从站地址 ，这8 个P r o fi b u s D P 寻址开关的 最低位在右边 ，最 高位在左边。拨码拨到下面为ON，拨到上面 为OF F 。改动地址后 ，要重新上 电才能使用 。如 果用户要通过 P r o fi b u s D P 网络实现对变频器的启动、停止和速度给定的控制 ， 则需要对命令通道 的相关参数进行设置 。在变频器的 1 ． 6 命令菜 单里 ，当变频器插上通信卡后，给定通道的选项里会新增一项选 项 通信卡，如果用户需要通过P r o fi b u s D P 通讯给定速度，则将 给定通道选择为 “ 通信卡”。当变频器插上通信卡后 ，命令通道 设置的选项里会增加一项 “ 通信卡 ”。如果用户需要通过P r o fi b u s D P 通信控制变频器的起停 ，则需要将命令通道设置定义为 “ 通信 卡”。在变频器的 “ 1 ． 9 通信”菜单里 ，前两个子菜单分别是C O M． S C A N N E R I N P U T 和C O M． S C A N NE R O UT P U T 。通过对这两个子 菜单的设置 ，我们可以实现变频器和P L C 之间的数据交换 。要注 意 这里I N P UT 7 O U T P U T 是从P L C 的角度去看的。对于变频器， I NP UT 是它要发送给P L C 的数据，O UT P U T 是它接收的来P L C 的 数据。C O M． S C A N NE R I N P U T 这个菜单内含8 组参数，从S c a n ． 1NI a d d r e s s lJ S c a n ．1 N8 a d d r e s s 。用来定义P L C 要读取变频器的哪些参数 的数据 读 。对前三个输入字定义好地址后分别读取状态字 、 频率信号、电流信号。C O M． S C A N NE R O U T P U T 这个菜单内含8 组 参数，从S c a n ．O u t l a d d r e s s lj S c a n ． O u t 8 a d d r e s s 。用来定义P L C 要修 改变频器的哪些参数的数据 写。对前两个输 出字定义好地址 就可以写入命令控制字和频率给定信号。 AC S S 0 0 变频器现场总线适配器模块通信参数主要参数9 8 ． O 2 用于现场总线的设置值定义为F I E L D B US ，参数9 8 ．0 7 用于现场总 线的设置值定义为A B B D R I V E S 。适配器模块能 自动检测所使用 的通信速率和P P O 类型 ，在参数组5 1 中可以修改站节点地址 、波 特率、P Z D 3 等参数设置 ，新设定值只有当传动单元下次启动之后 才生效 。传动控制参数 中控制命令源选择参数 1 O ． 0 2 和1 1 ． O 6 现场 总线控制的设定值定义为C O MM． MO DU L E ，参数1 1 ． 0 2 定义为D I 3 数字输入 ，0 E XT 1 ，I E XT 2 ，该参数定义信号源 ，E XT 1 为当前控制地 时，控制信号源 由参数 l 0 ． O 1 和 l 1 ． 0 3 定义为现场手 动控制 ，E XT 2 为控制地时 ，控 制信号源 由参数 1 O ． O 2 和1 1 ． O 6 定义 为P L C自动控制。系统控制输入参数1 6 ． 0 l 和1 6 ． 0 4 定义为C O MM． MO DU L E。A C S S 0 0 变频器标准应用程序支持四个数据集，每一 方向上有两个，即两个用于发送 ，两个用于接收 ，两个数据集作 为主给定数据集和辅助给定数据集用于控制传动单元 ，传动单元 分别从参数9 0 ． O 4 和参数9 O ． O 5 中读取这两个主、辅给定数据集 ，主 给定数据集的内容是固定的，而辅助给定数据源的内容可以通过 参数9 O ． 0 1 ，9 O ． O 2 ，9 O ．0 3 进行选择。 3 过程数据采集及控制原理 尤耐特智 能MMC 控制保护装置根据硬件组态每个总线地址 可以作为一个I ／ O模块来进行过程数据采集。模拟量输入信号 数 据类型定义为I NT 可以根据实际量程进行转换 后来进行监控显 示 ，过程数据模拟量输人 电流信号需要先进行单整转双整 块指 2 0 1 1 0 5 A U T O MA T I O NP A N O R A M A 萄 萄岫91 令为IDI ，再由双整转换成浮点数 块指令 为DI R，然后 用浮 点数除 比例数c t A 块指令 为DI V R，MMC 保护 装置选c t l 时c t A1 0 0 0 ；c t 2 时 c t A1 0 0；c t 3 时 c t A1 0；c t 4 时 c t A1 0；c t 5 时 c t A 1 0 ；c t 6 时c t A l ；c t 7 时c t A 1 将转换数据存放在D B块中， 这样D B 块里存放的实时数据就是电机的实际电流信号数据。过程 数据开关量输入信号和输出信号可以直接根据以组态数据地址按 位地址进行过程数据读取和写入 ，方便进行逻辑控 制处理和实时 监控 。建立一个子程序，根据 电机过程数据信号建立相应的内部 变量，这样所有的具 有相 同信号类型的电机控制都可以调用同一 个子程序来进行控制 ，调用子程序的时候只需要根据内部变量连 接相应的外部设备变量就可以对每台电机实现控制管理 。电机控 制原理子程序如 图2 所示 。 控制回路，如果继电器输出后同时有运行信号贝 U 定时器 自动复位。 E R R O R O F F o u t z O I J T -4 ／ ／ ／ 一 卜 图2 电机控 制原理子程序图 P L C 主站组态添加变频器GS D 文件驱动后在硬件组态里每个 通道都是只有 1 6 位数据，占一个字的存储空间，数据类型基本定 义为WO R D型 ，模拟量输入信号中电流反馈和频率反馈数据类型 可定义I N T 方便进行数据转换处理 。通过AC S 8 0 0 变频器通信卡 传输采集 的过程数据状态字 S W 进行数据转换处理后才能得 到实际数字开 入量信号 ，利用1 6 进制数与功能块 WA ND W 来进行数据转换处理 ，采集 的状态字 S W 与上W 1 6 0 8 0 0 后 和整型数0 进行比较得到的数据信号为遥控信 号，采集的状态字 S W与上W 1 6 0 0 0 4 后和整型数0 进行比较取反得到的数据信 号为运行信号 ，采集的状态字 S W与W 1 6 0 0 0 8 后和整型数0 进行比较取反得到的数据信号为故障信号。模拟量输入信号 电流 一般变频器通信参数定义为P Z D 3 区和频率 一般变频器默认 通信参数定义为AC T 区 信号需要先进行单整转双整 快指令为 9 2 首 赫 理魉 A U T O MA T I O N P A N O R A MA 2 0 1 1 0 5 I ～D I ，再 由双整转换成浮点数 块指令为DI R ，然后用浮 点 数除比例数 块指令 为D I V R，一般A CS 8 0 0 变频器频率反馈信 号比例数为1 0 0 ．0 ，电流反馈信号比例数为1 0 ． 0 将数据存放在D B 块中，这样DB 块里存放的数据就是变频器显示的实际数据了，工 作站就可以直接读取D B 块中地址进行数据通信。频率给定信号数 据处理 先是设定值乘比例数 块指令为MUL R，此处比例数 为 4 0 0 ． 0 ，然后对该浮点数进行取余运算 块指令为R O UN D直 接写入到过程数据通信参数控制字区R E F 中。变频器启动／ 停止控 制只需要根据开关量联锁条件传送 块指令MOV E W 1 6 0 4 7 F 和w 1 6 } j} 0 4 7 E 到控制字区C W中就可以实现变频器启／ 停控制。 施耐德变频器和AB B 变频器在P r o fi b u s 总线通信里-的状态字 和控制字都不～样 ，也需要进行数据 处理 。通过施耐德变频器 通信卡传输 采集的过程数据状态字 S W默认定义为第一个输入 字 进行数据转换处理 后才能得到实际信号 ，和A B B变频器一 样都要利用1 6 进制数 与功能块 WA ND W来进行数据转换处 理 ，由于 过程 数据里的状态字有 自己的二进制编码 ，所 以参与 过程数据 运算的1 6 进制数就要相应改动 ，过程数据采集的状态 字 S W与W 1 6 0 2 0 0 运算后和整型数5 1 2 进行比较得到数据 信号为遥控信号，采集的状态字 S W与W 1 6 0 0 3 7 运算后和 整型数5 5 进行 比较得到的数据信号为运行信号 ，采集的状态字 S W与W 1 6 0 0 0 8 运算后和整型数8 进行比较得到的数据信号 为故障信号。模拟量输入信号电流 一般定义为第三个输入字 和频率 一般定义为第二个输入字信号需要先进行单整转双整 快指令为I D I ，再由双整转换成浮点数 块指令为D I R， 然后用浮点数除比例数 块指令为D I VR，一般A T V 7 1 变频器频 率反馈信号比例数 为3 0 ． 0 ，电流反馈信号比例数为 1 0 ． 0 将数据 存放在D B 块 中，这样D B块里存放的数据就是变频器显示的实际 数据了 。频率给定信号数据处理 先是 设定 值乘比例数 块指令 为MU L R，此处比例数 为3 0 ． 0 ，然后对该浮 点数进行取余运 算 块指令为R O UN D直接写入到控制字区 第二个输 出字 中。变频器启动／ 停止控制 只需要根据开关量联锁 条件传送 块 指令MO V E W 1 6 0 0 0 F 和W 1 6 0 0 0 6 1j 控制字区 第一个输 出 字 中就可 以实现变频器启／ 停控制。 4 Wi n C C监控实现 4 ． 1 工程设置及变量管理 打开Wi n c c 项 目管理器 ，建立新的工程 ，在Wi n C C 项 目管理 器中计算机属性里的启动栏里一般选择全局脚本运行系统 、报警
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