PROFIBUS現(xiàn)場總線在S7PLC與西門子變頻器通訊中的應(yīng)用

1、摘 要：本文重點介紹南鋼煉鋼廠3#連鑄機以Profibus現(xiàn)場總線為基礎(chǔ)的西門子SIMATIC S7 PLC和6SE70系列變頻器間的通訊技術(shù)。關(guān)鍵詞：Profibus PLC變頻器通訊西門子連鑄機1前言隨著現(xiàn)代生產(chǎn)工藝的快速發(fā)展，現(xiàn)場對傳動設(shè)備的快速性、連續(xù)性、系統(tǒng)性的要求越 來越高。單臺變頻器的獨立運行模式已經(jīng)不能滿足要求，多臺成組系統(tǒng)運行成為最大待點。 所有變頻器的操作已經(jīng)發(fā)展為計算機集中遠程自動控制模式。這些特點都建立在計算機、 PLC、傳動裝置間的數(shù)據(jù)通訊的基礎(chǔ)上，以此來實現(xiàn)變頻器運行狀態(tài)的監(jiān)控和控制命令的下 達。由于西門子PLC具有可靠性高，抗干擾能力強；編程方便，功能完善，易于使

2、用；控制 系統(tǒng)設(shè)計、安裝、調(diào)試方便；維修方便，維修工作量??；適應(yīng)性強，應(yīng)用靈活等特點，所以 3#連鑄機控制系統(tǒng)以西門子PLC控制裝置為核心。該系統(tǒng)由公用PLC、鑄流PLC、振動PLC、 液面自動控制PLC、切割PLC組成，各PLC系統(tǒng)均采用西門子公司的S7-300系列產(chǎn)品，各 PLC的主要功能如下： 公用PLC：主要完成大包回轉(zhuǎn)臺及包蓋的旋轉(zhuǎn)、升降控制；中間謹車行走、升降、橫移對中控制； 液壓系統(tǒng)控制；出坯棍道、推鋼機、冷床的控制。 鑄流PLC：(流五流)主要完成上、下拉機和矯機的控制；引鎂桿及鑄坯位置的跟蹤控制。儀表部分包括結(jié) 晶器冷卻水流量和壓力的監(jiān)控、二次冷卻水的流量調(diào)節(jié)、設(shè)備冷卻水以及

3、其他過程參數(shù)的設(shè) 定、采集、監(jiān)視及回路調(diào)節(jié)等。 報動PLC：結(jié)晶器非正弦振動的控制。 液面自動控制PLC：塞棒控制。 切割PLC：主要完成對火焰切割機行走、切割槍的行走、定位控制。所有PLC系統(tǒng)都有獨立的IP地址，通過工業(yè)以太網(wǎng)相連。拉矯機系統(tǒng)選用的是基于 Profibus的西門子6SE70變頻器構(gòu)成的現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)。每臺變頻器均帶有進線電抗器、 出線電抗器、制動單元和制動電阻。公共流PLC通過Profibus總線連接四臺變頻器(大包 回轉(zhuǎn)臺、1#中包車、2#中包車、推鋼機)；每一鑄流PLC系統(tǒng)通過Profibus總線連接四臺變 頻器(拉機上棍、拉機下棍、嬌機、引錠桿)。其主體現(xiàn)有西門子變頻

4、器24臺，如果采用 I/O控制方式的話，必然會帶來大量控制線路的連接，中間接點多，系統(tǒng)復(fù)雜，故障率高。 采用了基于Profibus現(xiàn)場總線技術(shù)后，所有變頻器的控制命令和運行狀態(tài)都是通過一根 Profibus現(xiàn)場總線來實現(xiàn)。減少了控制線路的連接，滿足了設(shè)備的快速、連續(xù)的要求，減 少了設(shè)備的故障率。2 Profibus現(xiàn)場總線概述Profibus是一種應(yīng)用較為廣泛的現(xiàn)場總線，其總線標準是國際標準IEC61158的重要組 成部分；并且在2006年1月成為我國現(xiàn)場總線標準。Profibus現(xiàn)場總線滿足了生產(chǎn)過程 現(xiàn)場級數(shù)據(jù)可存取性的重要要求，一方面覆蓋了傳感器/執(zhí)行器領(lǐng)域的通信需求，另一方面 又具有單

5、元級領(lǐng)域的所有網(wǎng)絡(luò)通訊功能。它是一種開放系統(tǒng)，令牌結(jié)構(gòu)。從用戶角度看 Profibus 提供了 三種通信協(xié)議類型：Prof ibus-DP (Decentralized periphery), Profibus-PA(Process automation), Profibus-FMS(Fieldbus message specification) 其中DP是一種高速低成本通訊，用于設(shè)備級控制系統(tǒng)與分散式I/O的通訊。該總線物理層 采用RS485傳送方式，傳輸介質(zhì)用光纜或屏蔽雙絞線，傳輸波特率從12M)bps,傳輸距離可 以通過Repeter進行擴展，是一種功能強大的現(xiàn)場總線。本文介紹的PLC和

6、變頻器間的通訊也是基于Profibus-DP技術(shù)進行的?，F(xiàn)場總線作為連接控制系統(tǒng)中現(xiàn)場級裝置和控制設(shè)備的雙向數(shù)字通信網(wǎng)絡(luò)，優(yōu)點是明顯 的：增強了現(xiàn)場信息的集成能力；抗干擾能力增加、系統(tǒng)可靠性提高；安裝便捷、可維護性 好；具有開放性、互操作性、互換性、可集成性；降低了工程成本；具有IP67防護等級， 可現(xiàn)場安裝；能自動診斷故障部位。我廠西門子6SE70變頻器和PLC的Profibus通訊的硬件連接如下：在變頻器CUVC板上 安裝CBP板。通過Profibus總線將各變頻器和PLC連接，并在兩端打開終端電阻。接口采 用西門子的總線連接器。3 Profibus-DP的數(shù)據(jù)通訊格式Profibus-D

7、P總線方式允許在PLC和傳動裝置之間進行快速的數(shù)據(jù)交換。對傳動裝置的 存取總是按照主-從方式進行的，傳動裝置總是從站，且每個從站本身都有明確的地址。其 中數(shù)據(jù)的報文頭尾主要是來規(guī)定數(shù)據(jù)的功能碼、傳轍長度、奇偶校驗、發(fā)送應(yīng)答等內(nèi)容，主 從站之間的數(shù)據(jù)讀寫核心的部分是參數(shù)區(qū)（簡# PKW）和過程數(shù)據(jù)區(qū)（簡稱PZD）, Profibus周 期性傳輸?shù)膱笪慕Y(jié)構(gòu)如圖1所示。我廠3#連鑄機PLC和變頻器之間的通訊是：PLC CPU上的DP 口和傳動裝置上的通訊模 塊CBP板通過Profibus總線電纜和總線連接器連接，采用RS485接口及支持波特率數(shù)據(jù)傳 輸。協(xié)議幀1（知:可用數(shù)按參數(shù)PKW I過桂數(shù)鴉P

8、ZD）協(xié)議幀隨）PPO圖1 Profibus周期性傳輸?shù)膱笪慕Y(jié)構(gòu)PKW和PZD共有五種結(jié)構(gòu)形式即:PP01. PPO2、PP03、PP04、PP05,其傳輸?shù)淖止?jié)長度 及結(jié)構(gòu)形式各不相同。在PLC和變頻器通訊方式配置時要對PPO進行選擇，每一種類型的結(jié) 構(gòu)形式見圖2。五種PP0分為兩類：可用數(shù)據(jù)無參數(shù)區(qū)，有兩個字或六個字的過程數(shù)據(jù)；可用數(shù)據(jù)有參數(shù)區(qū)，有兩個，六個或十個字的過程數(shù)據(jù)。PPO1PPO2PPO3PPO4PPO5PKWPZDPKEIND第2半PWE第3字|第4半PZD1STW1ZSW1第1宇PZD2HSWHIW第2牛PZD3第3豐PZD4PZD5第5字PZD6第6字PZD7第7字PZD

9、8第8豐PZD9第9豐PZD10 第K）宇|圖2參數(shù)數(shù)據(jù)過程PP0參數(shù)區(qū)(PKW)分為：參數(shù)ID號(PKE)、變址數(shù)仃ND)、參數(shù)值(PIYE)三部分組成。過程數(shù) 據(jù)區(qū)(PZD):控制字(STW)、狀態(tài)字(ZSW)、主給定(HSW),主實際值(HIW)等組成。4 PLC硬件組態(tài)和軟件編程s7300硬件組態(tài)在3#連鑄機控制系統(tǒng)中，基于Profibus的PLC與變頻器之間數(shù)據(jù)傳輸是整個控制系統(tǒng) 的關(guān)鍵PLC的硬件組態(tài)和通信編程是使用step?進行的，下面就以第一流鑄流PLC和所控 制的拉機上、下扌昆；矯機；引錠電機四臺6SE70變頻器為例，介紹采用西門子step 7編程 軟件進行基于Profibu

10、s的主-從通訊的組態(tài)過程和通訊程序的編寫。(1) 基本網(wǎng)絡(luò)配置：流鑄流PLC Profibus主站組態(tài) 在PLC項目NJGT下新建項目STANDARD】 PLC,點擊右鍵，在彈岀的菜單中選擇insert new objectM 下simatic 300 station,插入 s7-300 站。 組態(tài)硬件：雙擊hardware選項，進入hw config窗口，點擊catalog圖標打 開硬件目錄，按硬件安裝次序和訂貨號依次插入機架、電源、cpu、通訊模塊、輸入、輸出 模塊。 插入cpu模塊后會同時彈出Profibus組態(tài)界面，新建Profibus命名為dp drives,地 址定義為2,點擊pr

11、operties按鈕組態(tài)網(wǎng)絡(luò)屬性,選擇unetwork settingsM進行網(wǎng)絡(luò) 參數(shù)設(shè)置，Profibus的傳輸速率為s”，行規(guī)為“dp”。 在pic的Profibus屬性operation mode中將其選擇為DP master。 變頻器Profibus從站組態(tài) 組態(tài)從站：在dp網(wǎng)上連接6se70變頻器，選擇vector control cuvc雙擊，6se70 變頻器連接到dp網(wǎng)絡(luò)上，在彈出的Pro if bus屬性對話框中定義Profibus站地址。 通訊區(qū)定義：pic與6SE70變頻器之間需要傳輸設(shè)定值和控制字。選取ppo4, 0pkw/6pzdo 數(shù)據(jù)區(qū)定義：ppo4, 0pkw

12、/6pzd地址分配見表1。 按照以上步驟，分別組態(tài)其它3臺變頻器到dp網(wǎng)絡(luò)，Profibus站地址見表1。HW Coring - ($FRAMD1- riJGT_FlfAL-lyi x -Itf *下圖(圖3)為鑄流PLC的Profibus通訊配置畫面：g SWMn Edt Xnswt 0.C gmv gor& 史祜洱 tKto) (S 2- O % S| 色 4 I 謝 C3 魁電j IS5Azt1crw 315-S2r代3:CT 343-1rixfl mm6fW35O COW1891011j【畑K2GpwnuscsrwDB： le 他就 刃只s colini* W rKcinxj or E

13、 世 pKeriFT io SIRCLC 妙5DV7IC 4OT& 仙 SDWIC rc Control C EATTT FCS.(J If IDCv3er J*n)er /【AWrws0 AddressCreTit1 0rro 4 o nr ; 6 ra彳uAT玄.對X.刀 S*_1 (4)MSIEKIfil肉敘DC VASTER C圖3 Profibus配置畫面主站Master為CPU-315-2DP；從站Slave為6SE70傳動裝置，具體地址分配見下表:電機profibus 地址輸入地址輸出地址PP0類型背景數(shù)據(jù)塊拉機上棍4304-315304-315PP04DB226拉機下棍5316

14、-327316-327PP04DB227矯直機6328-339328-339PP04DB229引錠桿7340-351340-351PP04DB228表1各變頻器地址分配表（2）通訊區(qū)定義：選擇PP04類型，具體地址分配見表1。S.DP 功Order Ikmber f DsiXLtionI AddressQ人仏chConcent10PPO 40 PBW / 6 PZD26AK勸 5對.RS3圖4 6SE70變頻器通信區(qū)定義建立通訊DB塊一般地，讀寫數(shù)據(jù)都做在一個DB塊中，且最好與硬件組態(tài)設(shè)定的I/O地址范圍大小 劃分相同大小的區(qū)域，便于建立對應(yīng)關(guān)系和管理。在3#機的鑄流PLC控制系統(tǒng)中，因為每

15、個流PLC控制四臺變頻器，這四臺變頻器的控制功能是一樣的。所以在PLC中編制了功能 FB16,它的功能是實現(xiàn)PLC和變頻器的數(shù)據(jù)交換；實現(xiàn)變頻器啟動、速度調(diào)節(jié)、合閘/分閘、 故障復(fù)位、速度和電機電流轉(zhuǎn)換等。四臺變頻器所對應(yīng)的背景數(shù)據(jù)塊見表1。下面以DB226（拉機上棍）做具體分析:圖5 DB數(shù)據(jù)塊:變頻器的數(shù)據(jù)送入PLC,變頻器的狀態(tài)字16Bito:變頻器的數(shù)據(jù)送入PLC。:PLC的數(shù)據(jù)送入變頻器，變頻器的控制字16Bito:PLC的數(shù)據(jù)送入變頻器.其中是速度設(shè)定值。通訊程序在PLC程序中用FB16的功能是實現(xiàn)PLC和變頻器的數(shù)據(jù)交換及實現(xiàn)變頻器的啟動、速 度調(diào)節(jié)、合閘/分閘、故障復(fù)位等功能。

16、在實際某一具體變頻器時，只需要調(diào)用FB16,把實 參送入形參就可以了。下面具體描述一下FB16中PLC和變頻器數(shù)據(jù)交換功能的實現(xiàn)。通訊程序可以直接調(diào)用STEP 7編程軟件的系統(tǒng)功能SFC14（dprd-dat調(diào)用dp讀命令） 和SFC15（dpwr-dat調(diào)用dp寫命令）來實現(xiàn)，程序如下：Wetvork 1 : Title：Consent：lmrwi5LARIL1SLD 4十ARLLD ARL,PO.OSRD 3T?STAT832；:Title：CALL SFC 14 LADDR ：=STAT33 KET.TAL： STATED RECORD ：=ffSTAT33丿變鯛殖PLC屜訊地址丿岸泯代

17、碼傳送其焙地址及長度DPRDJJATCALL SFC 15LADDR :=#STAI33 RECORD :=#STATE6RET_VAL:=#STATB1 PLC至變頻器龐訊地址借注且體地址及畏度曙誤代碼DPVR_DAT5變頻器的通訊設(shè)置在煉鋼廠3#連鑄機中我們釆用siemens書本型vc變頻器作為dp從站，西門子6SE70 全數(shù)字矢量控制變頻器是屬于simovert masterdriv系列，是目前比較先進的產(chǎn)品，其全數(shù) 字化和強大的軟件控制功能、監(jiān)視功能、記錄功能和保護功能，為其裝置運行的穩(wěn)定性、可 靠性提供了保證。6SE7O變頻器也擁有強大的通訊能力，6SE7O變頻器具有支持各種現(xiàn)場總

18、線的可選模板，這些接口模板的設(shè)置，顯著地増強了變頻器與其它控制設(shè)備間的互聯(lián)能力。 各種通訊模板中有支持Profibus總線的CBP板,Profibus-DP是當今世界上最為成功和流 行的現(xiàn)場總線標準，在Profibus CBP功能模板上實現(xiàn)同級模塊之間相互通訊，尤其在西門 子產(chǎn)品系統(tǒng)集成中，更顯示其優(yōu)點。3#連鑄機PLC和變頻器采用PP04型。6SE70變頻器使用過程數(shù)據(jù)區(qū)，實現(xiàn)控制字和設(shè) 定值（任務(wù)：PLC發(fā)送給變頻器）或狀態(tài)字和實際值（響應(yīng)：變頻器發(fā)送給pic）的傳輸。 只有當控制字、設(shè)定值和狀態(tài)字實際值依照過程數(shù)據(jù)連接”規(guī)定的路徑連接時，該過程數(shù) 據(jù)的傳輸才有效。6SE70變頻器通信參數(shù)

19、應(yīng)用分為兩個部分：6SE70變頻器接受PLC的控制 字和設(shè)定值以及由6SE70變頻器返回給PLC的狀態(tài)字和實際值兩部分。過程數(shù)據(jù)輸出區(qū)（PLC發(fā)送給變頻器）或pzdlpzd6和6SE70變頻器的變量 k3001-k3006是一一對應(yīng)的關(guān)系（參見變頻器使用大全功能圖120和180）,可以根據(jù)需要定 義雙字節(jié)數(shù)據(jù)，在本系統(tǒng)實際應(yīng)用中，僅使用控制字k3001和給定值k3002兩個字。k300L 是一個字，可以看成B3100B3115的16個開關(guān)量。以一流拉機上棍為例：分別對應(yīng)B3100 B3107；分別對應(yīng)B3108B3115。k3002放的是變頻器的速度給定值。過程數(shù)據(jù)輸入?yún)^(qū)（變頻器發(fā)送給PLC） pzdlpzd6和6ES0變頻器的參數(shù)是一一對應(yīng)的關(guān)系。變頻器常用參數(shù)設(shè)置如下（拉機上棍）:參數(shù)參數(shù)值說明P537參數(shù)使能P9510電機類型P1001控制方式P9184從站Profibus地址3002主給定值PZD2 （速度設(shè)定值）3100控制字1的第0位：作為合閘/分閘