现场总线PROFIBUS-DP在橡胶三辊中的应用

摘要:本文主要针对现场总线PROFIBUS-DP在橡胶三辊中的的具体应用。介绍了西门子S7-300PLC通过PROFIBUS-DP现场总线连接远程I/O、CT直流驱动装置及西门子MM440交流变频器。 关键词：现场总线PROFIBUS-DP、CT直流驱动器、远程I/O、M440交流变频器 前言 随着信息技术的飞速发展，引起了工业自动化系统的深刻变革。信息交换的范围正迅速覆盖从工厂的管理、控制到现场设备层的各层次，并逐步形成了全分布式网络集成自动化系统和以此为基础的企业信息系统，设备的通信能力和连续透明的信息路径是未来自动化概念中不可缺少的内容【2】。PROFIBUS-DP是作为德国国家标准DIN 19245和欧洲标准prEN 50170的现场总线。ISO/OSI模型也是它的参考模型。PROFIBUS-DP多用于分散设备间的高速传输，适合于加工自动化领域的应用【2】。支持主－从系统、主－主系统、多主多从混合系统等几种传输方式。主站具有对总线的控制权，可主动发送信息。PROFIBUS-DP的传输速率为9.6~12 Kbps，最大传输距离在12Mbps时为100m，其传输介质为屏蔽双绞线。PROFIBUS-DP的优点是节省硬件数量与投资；节省安装费用；节省维护开销；用户具有高度的系统集成主动权；提高了系统的准确性与可靠性。 一、系统组成 橡胶三辊压延机主要包括三台主电机、冷却电机、卷取电机、供料电机、摆料电机、接取输送带电机、卷取输送带电机。电气系统主要包括：主操作台（主CPU）、辅机操作台（远程I/O）、主机PLC控制柜（远程I/O）、辅机操作柜（远程I/O）、调距箱（远程I/O）、卷取操作台（远程I/O）、直流驱动装置（带PROFIBUS-DP板）、变流变频器（带PROFIBUS-DP板）。框图如下所示： 中央处理器选用S7-300系列6ES7315-2AG10-OABO 的CPU；远程接口模块选用ET200M的6ES7153-1AA03-OXBO；直流驱动器选用英国CT公司的Mentor Ⅱ（配PROFIBUS-DP板）；交流变频器选用SIEMENS公司的MM440（配PROFIBUS-DP板）。 二、硬件组态 硬件组态是通过SIEMENS的Step 7编程软件来完成的,新建一个工程,添加SIMATIC 300 Station后出现一个Hardware,双击其Hardware图标后打开硬件画面。首先添加主站机架、电源、CPU及所组态的输入输出DI/DO与模拟量输入输出AI/AO。再添加DP网络，选择其网络的传输速率。然后在DP网络上添加远程I/O接口模板。直流驱动器及变频器的添加是先要在Step 7编程软件中添加GSD文件，然后再拖拽到DP网络上。具体硬件网络组态如下图所示： 地址可以根椐组态时的默认地址，也可以组态时修改其地址。直流驱动器及变频器的输入I对主站来说是读取Profibus从站的数据；输出O对主站来说是将数据写入Profibus从站。 三、直流驱动及变频器DP的设置 1．直流驱动 直流驱动器的设置按下表所示进行设置。主站读取从站直流驱动数据：11.01—1941（状态字）、11.02—302（速度反馈）、11.03—501（电流反馈）；主站向从站直流驱动写数据：11.04—1940（控制字）、11.05—118（速度给定）、11.06—408（转矩给定）。 主站向从站直流驱动器写控制字如下表如示：例如程序中控制字的地址为DB1.DBW0,则DB1.DBX0.0至DB1.DBX0.2对应表中第8位至每10位（可编程位）；DB1.DBX0.3对应表中第11位（复位）；DB1.DBX0.4至DB1.DBX0.6对应表中第12位至每14位（可编程位）；DB1.DBX1.0对应表中第0位（电流限制选择）；DB1.DBX1.1对应表中第1位（给定允许）；DB1.DBX1.2对应表中第2位（反向选择）；DB1.DBX1.3对应表中第3位（点动选择）；DB1.DBX1.4对应表中第4位（转矩控制方式选择1）；DB1.DBX1.5对应表中第5位（转矩控制方式选择2）；DB1.DBX1.6对应表中第6位（触发允许/禁止）；DB1.DBX1.7对应表中第7位（斜坡允许）。 主站对从站直流驱动器读状态字的每位与写控制字的每位相同，具体状态位对应直流驱动器的状态如下表如示： 2、交流变频 交流变频器的设置如下进行所示。Profibus-DP从站地址在变频器参数P918中设置；主站读取从站交流变频数据：P2051第一个下标设定为r0052（状态字）、P2051第二个下标设定为r0022（速度反馈）、P2051第三个下标设定为r0027（电流反馈）；主站向从站交流变频器写数据：P0095第一个下标设定为默认值即为控制字、P0095第二个下标设定为2050.1（速度给定）。 主站向从站交流变频写控制字的每一位见下所示。控制变量与直流驱动器相同。【3】 主站向从站交流变频读状态字的每一位见下所示。控制变量与直流驱动器相同：【3】 四、软件编程 程序的编写首先打开Step 7编程软件，按上面所示将硬件组态完成，远程I/O点在程序中直接用硬件中组态的地址输入与输出，从站直流驱动器及MM440交流变频器在程序中要先创建数据块DB1：如下图所示 在Step 7中对PZD（数据区）读写参数时调用编程软件中的SFC14和SFC15。SFC14（“DPRD-DAT”）用于读Profibus从站的数据，SFC15（“DPWR-DAT”）用于将数据写入Profibus从站。示例如下： 例中W#16#118为SFC15将数据写入Profibus从站地址，为16进制格式，硬件组态中的地址Q Address，为十进制格式，要将此十进制格式转换成十六进制数，P#db1.dbx0.0 byte 8 是SFC15将存储在此地址中的数据以db1.dbw0开始的四个字写入到从站中。W#16#124为SFC14用于读Profibus从站的数据，为16进制格式，硬件组态中的地址I Address，为十进制格式，要将此十进制格式转换成十六进制数，P#db1.dbx8.0 byte 8 是SFC14将数据存储在以db1.dbw8开始的四个字中。 结束语: 本篇文章最主要的目的就是使更多的人了解并熟练应用Profibus工业现场总线，使这项技术能够在各个行业为人们生产工作带来便利。现场总线不单单是一种通信技术，也不仅仅是用数字代表模拟控制，关键是用新一代的现场总线控制系统代替传统的集散控制系统，实现现场通信网络与控制系统的集成。其本质即要实现在现场通信网络、现场设备互连、互操作性、分散功能块、开放式互连网络等功能【1】。这也为工厂生产的全面自动化和远程控制奠定了基础。SIEMENS的Profibus-DP现场总线将所有的站连接在一起,系统所有的信息都通过PROFIBUS现场总线进行传递。它的使用降低了系统设计、制造、安装、维护的成本，并易于扩展，可有效提高生产效率和产品质量，是工业过程自动控制系统的发展趋势，具有广阔的应用推广前景。 参考文献： [1]现场总线技术应用[C].现场总线（PROFIBUS）技术应用论文集.北京中国机电一体化技术应用协会现场总线（PROFIBUS）专业委员会 [2]唐济扬：现场总线技术及PROFIBUS [3]SIEMENS标准变频器(MM440)