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西門子PLC與ABB變頻器之間的現(xiàn)場總線通訊技術(shù)
日期：2025-01-05 12:03
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摘要：
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是目前工控系統(tǒng)中*成功的現(xiàn)場總線之一，得到了廣泛的應(yīng)用。它是不依賴于生廠家的、開放式的現(xiàn)場總線，各種各樣的自動化設(shè)備均可通過同樣的接口協(xié)議進行信息的交換。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)備之前的通信，遠程I/O系統(tǒng)尤為合適。它允許高速周期性的小批量通信，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)。
2.系統(tǒng)配置及通訊協(xié)議
（1）系統(tǒng)配置
該系統(tǒng)以西門子公司和ABB公司的相關(guān)產(chǎn)品來實現(xiàn)全數(shù)字交流調(diào)速系統(tǒng)在Profibus-DP網(wǎng)中的通訊及控制原理。Profibus-Dp 網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)配置圖，其中PLC為西門子公司的SIMATIC S7-315-1DP，變頻器為ACS600系列，NPBA-12為與變頻器配套的通訊適配器。上位機畫面操作采用WinCC5.1進行畫面編程和操作，與PLC通訊采用以太網(wǎng)通訊方式。
（2）通信協(xié)議
在本系統(tǒng)中，S7-300 PLC作為主站，變頻器作為從站時，主站向變頻器傳送運行指令，同時接受變頻器反饋的運行狀態(tài)及故障報警狀態(tài)的信號，變頻器與NPBA-12通訊適配模塊相連，接入Profibus-DP網(wǎng)中接收到的過程數(shù)據(jù)存入雙向RAM中，每一個字都編址，在變頻器端的雙向RAM可通過被編址參數(shù)排序，向變頻器寫入控制字、設(shè)置值或讀出實際值、診斷信息等參量。
變頻器現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)若從軟件角度看，其核心內(nèi)容是現(xiàn)場總線的通訊協(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；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共有兩類型的網(wǎng)絡(luò)PPO；一類是無PKW而有2個字或是6個字的PZD；另一類是有PKW且還有2個字、6個字或10個字的PZD。將網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)這樣分類定義的目的，是為了完成不同的任務(wù)，即PKW的傳輸與PZD的傳輸互不影響，均各自獨立工作，從而使變頻器能夠按照上**自動化系統(tǒng)的指令運行。
3.STEP7項目系統(tǒng)組態(tài)及通訊編程
（1）使用STEP7V5.2組態(tài)軟件，進入Hardware Configure完成S7-300 PLC硬件組態(tài)；
（2）選定S7-315-2DP為主站系統(tǒng)，將NPBA-12的GSD（設(shè)備數(shù)據(jù)庫）文件導(dǎo)入STEP7的編程環(huán)境中，軟件組態(tài)NPBA-12到以S7-315-2DP為主站的DP網(wǎng)上，并選定使用的POO類型，本設(shè)計使用PP04，設(shè)定站點網(wǎng)絡(luò)地址。在變頻傳動裝置Profibus的結(jié)構(gòu)中，ABB變頻器使用Profibus-DP通訊模塊（NPBA-12）進行數(shù)據(jù)傳輸，主要是周期性的：主機從從站讀取輸入信息反送給從站，因此需要在PLC主程序中調(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；
（3）在主PLC 程序中建立一個數(shù)據(jù)塊，用于變頻器的數(shù)據(jù)通信；建立一變量表，用于觀測實時通訊效果。
4.變頻器運行設(shè)置
變頻器與PLC應(yīng)用Profibus-DP 現(xiàn)場總線連成網(wǎng)絡(luò)后，除在PLC自動化系統(tǒng)中進行編程外，在每個變頻器上也要進行適當?shù)膮?shù)設(shè)置。
（1） 51.01—模塊類型，本參數(shù)顯示由傳動裝置探測到的模塊型號。其參數(shù)值用戶不可調(diào)整。如果本參數(shù)沒有定義，則不能在模塊與傳動之間建立通訊。
（2） 51.02—本參數(shù)選擇通訊協(xié)議，“0”為選擇Profibus-DP通訊協(xié)議。
（3） 51.03—本參數(shù)為Profibu
1.引言
Profibus是目前工控系統(tǒng)中*成功的現(xiàn)場總線之一，得到了廣泛的應(yīng)用。它是不依賴于生廠家的、開放式的現(xiàn)場總線，各種各樣的自動化設(shè)備均可通過同樣的接口協(xié)議進行信息的交換。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)備之前的通信，遠程I/O系統(tǒng)尤為合適。它允許高速周期性的小批量通信，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)。
2.系統(tǒng)配置及通訊協(xié)議
（1）系統(tǒng)配置
該系統(tǒng)以西門子公司和ABB公司的相關(guān)產(chǎn)品來實現(xiàn)全數(shù)字交流調(diào)速系統(tǒng)在Profibus-DP網(wǎng)中的通訊及控制原理。Profibus-Dp 網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)配置圖，其中PLC為西門子公司的SIMATIC S7-315-1DP，變頻器為ACS600系列，NPBA-12為與變頻器配套的通訊適配器。上位機畫面操作采用WinCC5.1進行畫面編程和操作，與PLC通訊采用以太網(wǎng)通訊方式。
（2）通信協(xié)議
在本系統(tǒng)中，S7-300 PLC作為主站，變頻器作為從站時，主站向變頻器傳送運行指令，同時接受變頻器反饋的運行狀態(tài)及故障報警狀態(tài)的信號，變頻器與NPBA-12通訊適配模塊相連，接入Profibus-DP網(wǎng)中接收到的過程數(shù)據(jù)存入雙向RAM中，每一個字都編址，在變頻器端的雙向RAM可通過被編址參數(shù)排序，向變頻器寫入控制字、設(shè)置值或讀出實際值、診斷信息等參量。
變頻器現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)若從軟件角度看，其核心內(nèi)容是現(xiàn)場總線的通訊協(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；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共有兩類型的網(wǎng)絡(luò)PPO；一類是無PKW而有2個字或是6個字的PZD；另一類是有PKW且還有2個字、6個字或10個字的PZD。將網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)這樣分類定義的目的，是為了完成不同的任務(wù)，即PKW的傳輸與PZD的傳輸互不影響，均各自獨立工作，從而使變頻器能夠按照上**自動化系統(tǒng)的指令運行。
3.STEP7項目系統(tǒng)組態(tài)及通訊編程
（1）使用STEP7V5.2組態(tài)軟件，進入Hardware Configure完成S7-300 PLC硬件組態(tài)；
（2）選定S7-315-2DP為主站系統(tǒng)，將NPBA-12的GSD（設(shè)備數(shù)據(jù)庫）文件導(dǎo)入STEP7的編程環(huán)境中，軟件組態(tài)NPBA-12到以S7-315-2DP為主站的DP網(wǎng)上，并選定使用的POO類型，本設(shè)計使用PP04，設(shè)定站點網(wǎng)絡(luò)地址。在變頻傳動裝置Profibus的結(jié)構(gòu)中，ABB變頻器使用Profibus-DP通訊模塊（NPBA-12）進行數(shù)據(jù)傳輸，主要是周期性的：主機從從站讀取輸入信息反送給從站，因此需要在PLC主程序中調(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；
（3）在主PLC 程序中建立一個數(shù)據(jù)塊，用于變頻器的數(shù)據(jù)通信；建立一變量表，用于觀測實時通訊效果。
4.變頻器運行設(shè)置
變頻器與PLC應(yīng)用Profibus-DP 現(xiàn)場總線連成網(wǎng)絡(luò)后，除在PLC自動化系統(tǒng)中進行編程外，在每個變頻器上也要進行適當?shù)膮?shù)設(shè)置。
（1） 51.01—模塊類型，本參數(shù)顯示由傳動裝置探測到的模塊型號。其參數(shù)值用戶不可調(diào)整。如果本參數(shù)沒有定義，則不能在模塊與傳動之間建立通訊。
（2） 51.02—本參數(shù)選擇通訊協(xié)議，“0”為選擇Profibus-DP通訊協(xié)議。
（3） 51.03—本參數(shù)為Profibu
s連接選擇的PPO類型，“3”為PPO4，但變頻器上的PPO類型應(yīng)與PLC上組態(tài)的PPO類型一致。
（4） 51.04—本參數(shù)用于定義設(shè)備地址號，即變頻器的站點地址，在Profibus連路上的每一臺設(shè)備都必須有一個單獨的地址。本次設(shè)計中兩臺變頻器分別為2、3號站。
5 結(jié)束語
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)工藝需要進行靈活的功能修改。
