【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議、以垃圾滲濾液曝氣池羅茨風機為例，對解決的關鍵技術問題和解決思路作了闡述。

關鍵詞 變頻器  現場總線  Profibus-DP   PLC

 
1、引言

      PROFIBUS-DP中的DP即Decentralized Periphery，它具有高速低成本，用于設備級控制系統與分散式I/O的通信。它與PROFIBUS-PA（Process Automation ）、PROFIBUS-FMS (Fieldbus Message Specification )共同組成了PROFIBUS標準，適用于系統和外部設備之間的通信。Profibus-DP現場總線系統可使許多現場設備（如PLC、智能變送器、變頻器）在同一總線進行雙向多信息數字通訊，因此可方便地使用不同廠家生產的控制測量系統相互連接成通訊網絡。本文以垃圾滲濾液處理系統為列，就生化系統采用西門子S7-300 PLC和ABB公司的ACS800變頻器實現網絡通訊，通過網絡通訊技術完成曝氣池羅茨風機傳動設備的控制。
2、系統硬件設計
     該系統以西門子SIMATIC S7 CPU315-2DP作為主站，ABB變頻器ACS800為從站，實現全數字交流調速系統在Profibus-DP網中的通訊及控制。系統Profibus-DP網絡配置圖如圖1所示。

圖 1系統Profibus-DP網絡配置圖

      編程軟件為STEP7 V5.5軟件，用于對S7-300 PLC編程和對Profibus-DP網進行組態和通訊配置,上位機監控計算機與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，其中S1為總線終端器選擇開關,總線終端器可以防止總線電纜端的信號反射，如果模塊是網絡中最后一個模塊或是第一個模塊，總線終端器必須設置為ON ，若使用PROFIBUS 帶內置終端器的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，可以改變節點的地址，但是模塊必須重新初始化才能使改變生效。

3、系統通訊協議設計
      PROFIBUS 是一種開放式串行通訊標準，該標準可以實現數據在各類自動化元件之間互相交換，用于現場層的高速數據傳送。主站周期地讀取從站的輸入信息并周期地向從站發送輸出信息?？偩€循環時間必須要比主站（PLC）程序循環時間短。除周期性用戶數據傳輸外，PROFIBUS-DP還提供智能化設備所需的非周期性通信以進行組態．診斷和報警處理。

      ①傳輸技術：RS－485雙絞線．雙線電纜或光纜。波特率從9.6K bit/s到12M bit/s?？偩€電纜的最大長度在100～1200 米范圍內，具體長度取決于所選的傳輸速率。

      ②總線存?。焊髦髡鹃g令牌傳遞，主站與從站間為主－從傳送。支持單主或多主系統。總線上最多站點（主－從設備）數為126。Profibus的理論地址范圍：0~127（127為廣播地址）。最多可用32個主站，總的站數可達127個（多主）。

　　③通信：點對點（用戶數據傳送）或廣播（控制指令）。循環主－從用戶數據傳送和非循環主－主數據傳送。

　?、苓\行模式：運行．清除．停止。

　?、萃剑嚎刂浦噶钤试S輸入和輸出同步。同步模式：輸出同步；鎖定模式：輸入同步。

　?、薰δ埽篋P主站和DP從站間的循環用戶有數據傳送。各DP從站的動態激活和可激活。DP從站組態的檢查。強大的診斷功能，三級診斷診斷信息。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）進行配置，每DP從站的輸入和輸出數據最大為244字節。

      ⑦可靠性和保護機制：所有信息的傳輸按海明距離HD=4進行。DP從站帶看門狗定時器（Watchdog Timer）。對DP從站的輸入/輸出進行存取保護。DP主站上帶可變定時器的用戶數據傳送監視。  

      ⑧設備類型：第二類DP主站（DPM2）是可進行編程．組態．診斷的設備。第一類DP主站（DPM1）是中央可編程控制器，如PLC．PC等。DP從站是帶二進制值或模擬量輸入輸出的驅動器．閥門等；同時也可以是智能從站，即從站支持可編程，一般智能從站即另外一個PLC主機。

      RPBA-01 PROFIBUS-DP 適配器模塊只支持PROFIBUS-DP 協議； Profibus-DP通訊協議的數據電報結構分為協議頭、網絡數據和協議層。網絡數據即PPO包括參數值PKW及過程數據PZD。參數值PKW是變頻器運行時要定義的一些功能碼如正反轉命令源，給定值的命令源等;過程數據PZD是變頻器運行過程中要輸入/輸出的一些數據值，如頻率給定值、速度反饋值、電流反饋值等。Profibus-DP共有5種類型的網絡PPO。

      通訊協議設計為主/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及運行參數。變頻器與RPBA-01通訊適配器模塊相連，接入Profibus-DP網中作為從站，接受從主站SIMATIC S7-315-2DP發來的控制。RPBA-01通訊適配器模塊將從Profibus-DP網中接收到的過程數據存入雙向RAM中，變頻器將RAM中的數據寫入控制字、設定值或讀出實際值、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、系統STEP7軟件設計

      STEP7軟件設計主要包括項目系統組態及通訊編程：
     （1）使用STEP7V5.5組態軟件，進入Hardware Configure，將RPBA-01的GSD（設備數據庫）文件導入STEP7的編程環境中，點擊options-install GSD file 將ABB變頻器的GSD文件導入STEP7中，如圖2左邊所示，導入成功后如圖2右邊所示，GSD文件可從www.profibus.com或從ABB網站下載，文件名為ABB_0812.GSD。

圖2 ABB變頻器GSD文件導入圖

     （2）選定S7-315-2DP為主站系統，默認地址為2，將ABB的RPBA-01組態到S7-315-2DP為主站的DP網上，并選定使用的PPO類型，在這里使用PPO4，設定站點網絡地址為4，如圖3所示,然后編譯存盤。

圖3 系統網絡組態圖

     （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中調用兩個系統功能塊SFC14和SFC15來讀寫這些數據，實現與變頻器的通信控制，并在PLC程序中建立一個數據塊DB10，可以通過控制字來實現傳動設備的控制，用于變頻器的數據通信，通訊程序集通訊數據如圖4所示。

圖4 通訊程序和通訊數據圖

5、變頻器運行設置
      通訊電纜聯接后，啟動變頻器，完成對變頻器通訊參數的設置，主要是ABB DRIVES PROFILE(VENDER-SPECIFIC)WITH PPO相關參數的設置。比如通訊類型、通訊地址、波特率、PPO類型等的設置。

6、結束語
      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、速度給定等各項功能，來滿足工藝要求；同時也可以讀取變頻器數據在上位機進行顯示，達到在線監視和診斷的目的，變頻器控制系統采用了Profibus-DP現場總線控制模式后，整個系統的可靠性得到增強、數據傳輸速度得到提升，操作簡便，而且可根據工藝需要進行靈活的功能修改。此技術解決方案在垃圾滲濾液系統工程曝氣風機變頻器通訊控制中已得到很好的應用，節約了成本，提高了節能效益和經濟效益。