西門子PLC與ABB直流模塊之間通訊及控制的實現(xiàn)

西門子PLC與ABB直流模塊之間通訊及控制的實現(xiàn)引言在目前的工業(yè)控制PLC應(yīng)用領(lǐng)域,德國西門子公司的S7系列產(chǎn)品以其規(guī)格多(S7-200、S7-300、S7-400等)、響應(yīng)速度快、指令系統(tǒng)完善、操作界面友好、開發(fā)軟件功能強大及其優(yōu)良的性能價格比等等優(yōu)勢,在工控領(lǐng)域中有十分廣泛的應(yīng)用,為設(shè)計單位和用戶廣泛認可。而ABB公司的傳動產(chǎn)品也以其產(chǎn)品的多樣性(交流、直流各有多種規(guī)格)、強大的使用功能、穩(wěn)定的性能、良好的可擴展性及友好的人機界面等適合各種不同的應(yīng)用場合,在傳動控制方面有很廣泛的市場應(yīng)用,尤其在大功率變流器的應(yīng)用方面很有市場。通過西門子公司的PLC產(chǎn)品與ABB公司的直流模塊相結(jié)合來實現(xiàn)對整個系統(tǒng)的控制將可以達到良好的系統(tǒng)性能和較低的價格配置一舉兩得的效果,從而達到優(yōu)化設(shè)計的目的。下面即以SiemensPLCStep7V5.3及ABB直流模塊DCS500B為例,講述西門子PLC與ABB直流模塊之間的通訊與控制。1硬件的組成及其配置由于直流模塊,其信號和數(shù)據(jù)必須通過通訊實時地從PLC來獲取、及傳送給PLC,以滿足設(shè)備的實時工作需求,為此,通訊網(wǎng)絡(luò)的選型、PLC的選用和配置、直流模塊的通訊形式等,以及PLC與直流模塊的接口通訊傳輸速率及信號的可靠性等都必須考慮周到。PLC的硬件和軟件基于德國Siemens(西門子)公司的SIMATICSTEP7-300系統(tǒng)、軟件版本為STEP7V5.3來進行,通過PROFIBUS#DP網(wǎng)絡(luò)及協(xié)議與ABB直流模塊DCS500B構(gòu)成一個通訊網(wǎng)絡(luò),以實現(xiàn)PLC與直流模塊之間的通訊及控制。該網(wǎng)絡(luò)還包括PROFIBUS的各通訊子站、觸摸屏,以及監(jiān)控PC機(即PC機編程器)等,詳見圖1。圖1其中,1#站為主機架,3#站為控制各閥的閥站子站,2#站、4#站分別為位于主操作臺的操作臺子站和SiemensTP270觸摸屏子站,7#、8#、9#站為三個直流模塊子站,另外還有位于主電室的PC機編程器(用于實時調(diào)試程序和用做監(jiān)控上位機),在本例中通過MPI電纜與PLC相連,另外也可以通過在PC電腦中配置CP5611卡連接到PROFIBUS#DP網(wǎng)絡(luò),來實現(xiàn)PC機編程器與PLC的連接與控制,這兩種方法在實際工作中均有應(yīng)用,但配置CP5611通訊卡在硬件投資上費用支出較大,而通過MPI電纜將雙方的串口連接通訊則不需要任何投資。1.1通訊網(wǎng)絡(luò)的選擇PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)是歐洲首屈一指的開放式現(xiàn)場總線系統(tǒng),它在全世界工業(yè)控制方面廣泛應(yīng)用。由于,我們在實現(xiàn)SiemensPLC與ABB直流模塊之間通訊及控制,那么所選網(wǎng)絡(luò)一定要為這兩種產(chǎn)品都能接受,而且能很好地實現(xiàn)通訊,PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)能完全滿足這種需求,PROFIBUS#DP是一種經(jīng)過優(yōu)化的高速和便宜的通信連接,它的設(shè)計是專門為自動控制系統(tǒng)與分散的I/O設(shè)備級之間進行通信使用的,選用該網(wǎng)絡(luò)能夠快捷而可靠地實現(xiàn)信息數(shù)據(jù)的傳輸交換。1.2直流模塊及通訊適配器的選擇直流模塊(即變流器)選用ABBDCS500B系列的直流模塊,其通訊接口通過NPBA-12適配器,通過PROFIBUS#DP網(wǎng)絡(luò)與PLC連接。其中NPBA-12適配器模塊是ABB系統(tǒng)連接到PROFIBUS#DP網(wǎng)絡(luò)的一個必須的可選模塊(即適配器),該適配器作為PROFIBUS#DP網(wǎng)絡(luò)的一個從站來配置,需分配其一個網(wǎng)絡(luò)地址。物理的連接中,直流模塊ABBDCS500B通過光纖與NPBA-12適配器連接,NPBA-12適配器則通過專用PROFIBUS雙絞電纜連接到PROFIBUS#DP網(wǎng)絡(luò)。1.3PLC的選擇PLC的硬件選擇西門子S7-300,其中,其具體配置見圖2。其中,主機架選用標準SIMATIC300的RACK300機架,在該機架的1槽為PS30710A的電源,2槽為CPU,CPU選用CPU313C-2DP,即CPU帶PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)接口,則可以通過該接口連接PROFIBUS#DP網(wǎng)絡(luò)。其它各槽分別為模入模出板、數(shù)字量的輸入輸出板。PROFIBUS#DP網(wǎng)絡(luò)中,設(shè)置2#站為C1操作臺機架,3#站為閥站機架,7#、8#、9#站則為與ABBDCS500通訊的NPBA-12。另外,PLC的程序全部在PLC機架上的CPU模塊內(nèi)運行,在實際應(yīng)用中通常是通過一臺電腦PC機來進行軟件的安裝、設(shè)置、及程序的編制、調(diào)試,之后將調(diào)試好的程序通過聯(lián)網(wǎng)的方式(比如通過MPI網(wǎng)絡(luò)、PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)、Ethernet網(wǎng)絡(luò)等)直接下載到PLC的CPU內(nèi)即可運行,同時,為了現(xiàn)場的實時調(diào)試可將電腦與PLC聯(lián)網(wǎng),通過在線方式在電腦中直接監(jiān)控、修改、調(diào)整PLC中的數(shù)據(jù)及邏輯控制程序等。那么,我們在下面談到PLC方面的工作時,基于PC編程器電腦來進行,這樣能方便大家更好地理解2程序通訊與控制的實現(xiàn)2.1在PLC中的相應(yīng)設(shè)置及程序?qū)崿F(xiàn)在西門子STEP7程序中,主要通過兩個系統(tǒng)功能塊SFC14和SFC15來實現(xiàn)與直流模塊的通訊與控制,其中SFC14是從直流模塊中讀取模塊的各種狀態(tài),即以狀態(tài)信息的形式讀取到PLC中,以掌握直流系統(tǒng)的當前狀態(tài);而SFC15是向直流模塊中寫入PLC的各種控制操作,即以控制信息的形式寫入到直流模塊中去,以實現(xiàn)對直流系統(tǒng)的控制。見圖3。其中,Network11為從DCMaster(即直流模塊)中讀取狀態(tài)信息。系統(tǒng)功能塊SFC14的具體應(yīng)用為:EN:使能位LADDR:直流模塊被讀取數(shù)據(jù)區(qū)域的起始地址。本例中W#16#2BC表示起始地址為16進制的2BC,即10進制的700,該地址的分配是硬件配置時設(shè)置的,不可隨意修改。該地址的確定見下圖4。輸入地址為IAddress700...711,共12個字節(jié),即6個字。RECORD:PLC從直流模塊讀取數(shù)據(jù)的長度及讀取到PLC中該數(shù)據(jù)區(qū)域的起始地址。本例中BYTE12為讀取12個字節(jié),即6個字,起始地址為M120.0,即從MW120到MW130,共6個字。RET_VAL:當該功能塊執(zhí)行時,如發(fā)生故障,返回錯誤代碼的存放地址。本例中MW102表示將返回的錯誤代碼存儲在字MW102中。通過Network11即可實現(xiàn)PLC從直流模塊中讀取狀態(tài)信息的功能,且讀取的狀態(tài)信息存儲于MW120到MW130的6個字中。Network12為從PLC向DCMaster(即直流模塊)中寫入控制信息。系統(tǒng)功能塊SFC15的具體應(yīng)用與SFC14相似,為:EN:使能位LADDR:直流模塊被寫入數(shù)據(jù)區(qū)域的起始地址。本例中W#16#2BC表示起始地址為16進制的2BC,即10進制的700,該地址的分配是硬件配置時設(shè)置的,不可隨意修改。該地址的確定見圖4,輸出地址為QAddress700...711,共12個字節(jié),即6個字。RECORD:PLC向直流模塊寫入數(shù)據(jù)的長度及寫入到該數(shù)據(jù)區(qū)域的起始地址。本例中BYTE12為讀取12個字節(jié),即6個字,起始地址為M132.0,即從MW132到MW142,共6個字。RET_VAL:當該功能塊執(zhí)行時,如發(fā)生故障,返回錯誤代碼的存放地址。本例中MW108表示將返回的錯誤代碼存儲在字MW108中。通過Network12即可實現(xiàn)PLC向直流模塊中寫入控制信息的功能,且讀取的狀態(tài)信息存儲于MW132到MW142的6個字中。本例中,以7#站(上輥)為例,其輸入輸出地址見圖4。2.2直流模塊中的設(shè)置及實現(xiàn)與PLC中的設(shè)置相對應(yīng),直流模塊中有相應(yīng)的模塊并需要進行相應(yīng)的設(shè)定,以實現(xiàn)與PLC中程序的通訊。因為我們要分別向PLC傳送6個狀態(tài)字和從PLC接收6個控制字,那么直流模塊中由于用于控制傳動或表示傳動狀態(tài)的模擬量和數(shù)字量不夠,所以可以使用基于串行通訊模塊的串行連接來增加信息量或信號精度。通訊模塊的型號通過現(xiàn)場總線FieldBus功能塊來激活。給變流器的控制數(shù)據(jù)按16位信息存儲在DATASET1和DATASET3功能塊中,讀取變流器的狀態(tài)數(shù)據(jù)按16位信息通過DATASET2和DATASET4功能塊進行讀取(即DATASET2和DATASET4用于將數(shù)據(jù)從傳動裝置傳送到現(xiàn)場總線適配器),見圖5。圖5中,SP:StandardProgram標準程序DATASET1~4:功能塊的名字IN1~IN3:功能塊的輸入(如209:第2組的第09參數(shù))OUT1~OUT3:功能塊的輸出其中,通過DATASET2和DATASET4功能塊即可將描述直流模塊狀態(tài)的6個字(自209到214)傳送到總線適配器(NPBA-12),并通過PROFIBUS網(wǎng)絡(luò),通過西門子PLC中的系統(tǒng)功能塊SFC14,將該6個字傳送至PLC中,之后PLC即可根據(jù)直流模塊的狀態(tài)進行相應(yīng)的動作,或是進行相應(yīng)的輸出、或是對傳動裝置進行相應(yīng)的調(diào)整控制等。而通過DATASET1和DATASET3功能塊則可把PLC對直流模塊的6個控制字(自10122到10127)從現(xiàn)場總線接收到直流模塊中,同樣,也是通過PROFIBUS網(wǎng)絡(luò),通過西門子PLC中的系統(tǒng)功能塊SFC15,將該6個字自PLC中傳送至直流模塊,然后直流模塊即根據(jù)控制字進行相應(yīng)的動作及調(diào)整。本篇中描述直流模塊狀態(tài)信息的各字定義如下:209:12995,狀態(tài)字,共16位,描述直流模塊的各種狀態(tài),對應(yīng)于PLC中的MW120(該狀態(tài)字各位的組合及各位的定義在下面將進一步討論,見下述445,CONV-BI)210:12103,電機的實際速度,對應(yīng)于PLC中的MW122211:10501,變流器的實際電流,對應(yīng)于PLC中的MW124212:11302,勵磁單元的實際勵磁電流,對應(yīng)于PLC中的MW126控制直流模塊的控制信息的各字定義如下:10122:控制字,共16位,對直流模塊進行各種控制,將該參數(shù)置于3312中,對應(yīng)于PLC中的MW132(該控制字拆位及各位的定義在下面將進一步討論,見下述442,CONV-IB)10123:電機速度給定,將該參數(shù)置于1910中,對應(yīng)于PLC中的MW134通過以上方法,即可分別將所需的各狀態(tài)信息及控制信息置于適當?shù)奈恢?以便與PLC各種信息的交換,下面就狀態(tài)字12995的組字,及控制字10122(控制字10122置于3312中)的拆位進行討論。2.3狀態(tài)字和控制字的構(gòu)成及實現(xiàn)當PLC通過SFC14讀取到直流模塊的狀態(tài)時,其狀態(tài)是以狀態(tài)字的的形式來讀取的,即將16位狀態(tài)位組合成字來進行傳輸?shù)?在直流模塊中,該功能的實現(xiàn)通過功能塊445來實現(xiàn),將3320至3335中的各狀態(tài)位組合成一個字置于12995(組129參數(shù)95)中,而后將12995作為參數(shù)置于209中,這樣,表示狀態(tài)的16位即作為傳送給PLC的6個字中的一個字傳至PLC,PLC根據(jù)需要讀取、分解各狀態(tài)位(對應(yīng)MW120中的各位M120.0~M121.7),以獲取所需的各種狀態(tài)信息。見圖6。舉例說明圖6各狀態(tài)位:3320:10906,直流模塊本地/遠程控制選擇,對應(yīng)PLC中的M121.03321:10901,RDY_ON,傳動裝置準備,按ON指令運行。1為OK,0為未準備就緒3322:10902,RDY_RUNNING,傳動裝置準備,按RUN指令運行。1為OK,0為未準備就緒3323:12201,實際速度低于最小速度極限MIN_SPEED_L(2201)時啟動該指示3325:10904,傳動裝置故障,1為故障,0為無故障,等等。將各相應(yīng)的狀態(tài)位與PLC中定義協(xié)調(diào)一致,則PLC即可實時讀取到直流模塊的各種狀態(tài)信息,以全面掌握直流模塊的運行狀態(tài),也便于PLC對于直流模塊做出及時的調(diào)整控制。相應(yīng)地,當PLC通過SFC15向直流模塊寫入控制信息時,其控制是以控制字的的形式來寫入的,即將定義好各位的控制字以字的形式傳送至直流模塊,之后直流模塊將控制字分解為各功能位,在直流模塊中,該功能的實現(xiàn)通過功能塊442來實現(xiàn),寫入到直流模塊中的控制字10122(6個控制字中的一個,表示各控制位)置于3312中,通過442功能塊將控制字分解為12962~12977共16位(對應(yīng)MW120中的各位M132.0~M133.7)。直流模塊再根據(jù)需要分別將這16個控制位置于相應(yīng)功能參數(shù)中,以實現(xiàn)控制。舉例說明各狀態(tài)位：12962:置于901,主接觸器控制,對應(yīng)PLC中的M133.012963:置于902,運行指令,等等。將各相應(yīng)的控制位與PLC中定義協(xié)調(diào)一致,則PLC即可實現(xiàn)對直流模塊的實時控制。442,443其中:S:使能位。當該位為1時,本功能塊執(zhí)行,當該位由1變?yōu)?時,最后的輸出狀態(tài)值將保持在各位。L:裝載數(shù)據(jù)的動態(tài)輸入。(在此可不做任何設(shè)置。)R:復(fù)位位。當該位位為1時,本功能塊的輸出復(fù)位,且只要該位是1,不考慮S、L位的狀態(tài),輸出執(zhí)行復(fù)位操作。I1:功能塊的輸入,一個整型數(shù)(存儲于3312中),供拆成輸出的16個位(存儲于12962至12977中)。ZERO:當輸入為0時,該值被設(shè)為-1,并存儲于12961里。445,446其中:S:使能位。當該位為1時,本功能塊執(zhí)行,當該位由1變?yōu)?時,最后的輸出狀態(tài)值將保持L:裝載數(shù)據(jù)的動態(tài)輸入?？刹蛔鋈魏卧O(shè)置。R:復(fù)位位。當該位位為1時,本功能塊的輸出復(fù)位,且只要該位是1,不考慮S、L位的狀態(tài),輸出執(zhí)行復(fù)位操作。I1~I16:功能塊的各位輸入,共16位(自3320至3335),以構(gòu)成輸出的一個整數(shù)(存儲于12995中)。3結(jié)束語通過以上硬件的選型與配置、直流模塊的設(shè)置、通訊的