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西门子PLC与ABB变频器之间的现场总线通讯技术
日期：2024-05-20 04:05
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摘要：
西门子PLC与ABB变频器之间的现场总线通讯技术
1.引言
Profibus是目前工控系统中*成功的现场总线之一，得到了广泛的应用。它是不依赖于生厂家的、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信息的交换。Profibus-DP(Distributed I/O System-分布式I/O系统）是一种经过优化的模块，有较高的数据传输率，适用于系统和外部设备之前的通信，远程I/O系统尤为合适。它允许高速周期性的小批量通信，适用于对时间要求苛刻的自动化控制系统中。Profibus-DP现场总线系统可使许多现场设备（如PLC、智能变送器、变频器）在同一总线进行双向多信息数字通讯，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讯网络。
2.系统配置及通讯协议
（1）系统配置
该系统以西门子公司和ABB公司的相关产品来实现全数字交流调速系统在Profibus-DP网中的通讯及控制原理。Profibus-Dp 网的网络配置图，其中PLC为西门子公司的SIMATIC S7-315-1DP，变频器为ACS600系列，NPBA-12为与变频器配套的通讯适配器。上位机画面操作采用WinCC5.1进行画面编程和操作，与PLC通讯采用以太网通讯方式。
（2）通信协议
在本系统中，S7-300 PLC作为主站，变频器作为从站时，主站向变频器传送运行指令，同时接受变频器反馈的运行状态及故障报警状态的信号，变频器与NPBA-12通讯适配模块相连，接入Profibus-DP网中接收到的过程数据存入双向RAM中，每一个字都编址，在变频器端的双向RAM可通过被编址参数排序，向变频器写入控制字、设置值或读出实际值、诊断信息等参量。
变频器现场总线控制系统若从软件角度看，其核心内容是现场总线的通讯协议。Profibus-DP通讯协议的数据电报结构分为协议头、网络数据和协议层。网络数据即PPO包括参数值PKW及过程数据PZD。参数值PKW是变频器运行时要定义的一些功能码；过程数据PZD是变频器运行过程中要输入/输出的一些数据值，如频率给定值、速度反馈值、电流反馈值等。Profibus-DP共有两类型的网络PPO；一类是无PKW而有2个字或是6个字的PZD；另一类是有PKW且还有2个字、6个字或10个字的PZD。将网络数据这样分类定义的目的，是为了完成不同的任务，即PKW的传输与PZD的传输互不影响，均各自独立工作，从而使变频器能够按照上**自动化系统的指令运行。
3.STEP7项目系统组态及通讯编程
（1）使用STEP7V5.2组态软件，进入Hardware Configure完成S7-300 PLC硬件组态；
（2）选定S7-315-2DP为主站系统，将NPBA-12的GSD（设备数据库）文件导入STEP7的编程环境中，软件组态NPBA-12到以S7-315-2DP为主站的DP网上，并选定使用的POO类型，本设计使用PP04，设定站点网络地址。在变频传动装置Profibus的结构中，ABB变频器使用Profibus-DP通讯模块（NPBA-12）进行数据传输，主要是周期性的：主机从从站读取输入信息反送给从站，因此需要在PLC主程序中调用两个系统功能块SFC14和SFC15来读写这些数据，实现到变频器的通信控制；
（3）在主PLC 程序中建立一个数据块，用于变频器的数据通信；建立一变量表，用于观测实时通讯效果。
4.变频器运行设置
变频器与PLC应用Profibus-DP 现场总线连成网络后，除在PLC自动化系统中进行编程外，在每个变频器上也要进行适当的参数设置。
（1） 51.01—模块类型，本参数显示由传动装置探测到的模块型号。其参数值用户不可调整。如果本参数没有定义，则不能在模块与传动之间建立通讯。
（2） 51.02—本参数选择通讯协议，“0”为选择Profibus-DP通讯协议。
（3） 51.03—本参数为Profibu
1.引言
Profibus是目前工控系统中*成功的现场总线之一，得到了广泛的应用。它是不依赖于生厂家的、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信息的交换。Profibus-DP(Distributed I/O System-分布式I/O系统）是一种经过优化的模块，有较高的数据传输率，适用于系统和外部设备之前的通信，远程I/O系统尤为合适。它允许高速周期性的小批量通信，适用于对时间要求苛刻的自动化控制系统中。Profibus-DP现场总线系统可使许多现场设备（如PLC、智能变送器、变频器）在同一总线进行双向多信息数字通讯，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讯网络。
2.系统配置及通讯协议
（1）系统配置
该系统以西门子公司和ABB公司的相关产品来实现全数字交流调速系统在Profibus-DP网中的通讯及控制原理。Profibus-Dp 网的网络配置图，其中PLC为西门子公司的SIMATIC S7-315-1DP，变频器为ACS600系列，NPBA-12为与变频器配套的通讯适配器。上位机画面操作采用WinCC5.1进行画面编程和操作，与PLC通讯采用以太网通讯方式。
（2）通信协议
在本系统中，S7-300 PLC作为主站，变频器作为从站时，主站向变频器传送运行指令，同时接受变频器反馈的运行状态及故障报警状态的信号，变频器与NPBA-12通讯适配模块相连，接入Profibus-DP网中接收到的过程数据存入双向RAM中，每一个字都编址，在变频器端的双向RAM可通过被编址参数排序，向变频器写入控制字、设置值或读出实际值、诊断信息等参量。
变频器现场总线控制系统若从软件角度看，其核心内容是现场总线的通讯协议。Profibus-DP通讯协议的数据电报结构分为协议头、网络数据和协议层。网络数据即PPO包括参数值PKW及过程数据PZD。参数值PKW是变频器运行时要定义的一些功能码；过程数据PZD是变频器运行过程中要输入/输出的一些数据值，如频率给定值、速度反馈值、电流反馈值等。Profibus-DP共有两类型的网络PPO；一类是无PKW而有2个字或是6个字的PZD；另一类是有PKW且还有2个字、6个字或10个字的PZD。将网络数据这样分类定义的目的，是为了完成不同的任务，即PKW的传输与PZD的传输互不影响，均各自独立工作，从而使变频器能够按照上**自动化系统的指令运行。
3.STEP7项目系统组态及通讯编程
（1）使用STEP7V5.2组态软件，进入Hardware Configure完成S7-300 PLC硬件组态；
（2）选定S7-315-2DP为主站系统，将NPBA-12的GSD（设备数据库）文件导入STEP7的编程环境中，软件组态NPBA-12到以S7-315-2DP为主站的DP网上，并选定使用的POO类型，本设计使用PP04，设定站点网络地址。在变频传动装置Profibus的结构中，ABB变频器使用Profibus-DP通讯模块（NPBA-12）进行数据传输，主要是周期性的：主机从从站读取输入信息反送给从站，因此需要在PLC主程序中调用两个系统功能块SFC14和SFC15来读写这些数据，实现到变频器的通信控制；
（3）在主PLC 程序中建立一个数据块，用于变频器的数据通信；建立一变量表，用于观测实时通讯效果。
4.变频器运行设置
变频器与PLC应用Profibus-DP 现场总线连成网络后，除在PLC自动化系统中进行编程外，在每个变频器上也要进行适当的参数设置。
（1） 51.01—模块类型，本参数显示由传动装置探测到的模块型号。其参数值用户不可调整。如果本参数没有定义，则不能在模块与传动之间建立通讯。
（2） 51.02—本参数选择通讯协议，“0”为选择Profibus-DP通讯协议。
（3） 51.03—本参数为Profibu
s连接选择的PPO类型，“3”为PPO4，但变频器上的PPO类型应与PLC上组态的PPO类型一致。
（4） 51.04—本参数用于定义设备地址号，即变频器的站点地址，在Profibus连路上的每一台设备都必须有一个单独的地址。本次设计中两台变频器分别为2、3号站。
5 结束语
变频器控制系统采用了Profibus-DP现场总线控制模式后，不但整个系统可靠性强，操作简便，而且可根据工艺需要进行灵活的功能修改。
