PROFIBUS总线在S7-300 PLC与6SE70交流调速器通信中的应用

裴永清，刘 浩，杨 荣

（1.兰州工业学院，甘肃兰州730050；2.天水电气传动研究所有限责任公司，甘肃天水741020）

1 引言

现场总线（PROFIBUS）是当今世界上应用最广的一种工业数据总线，它主要解决工业现场的智能化仪器仪表、控制器、执行机构等现场设备间的数字通信以及这些现场控制设备和高级控制系统之间的信息传递问题。即现场总线是把单个分散的数字化智能化的测量和控制设备作为网络节点，用总线相连接实现其相互交换的系统。PROFIBUSDP作为PROFIBUS标准中的一种，是一种简单、高速（数据传输速率 9.6kb／s～12Mb／s）、经济的现场网络，主要用于现场控制器与分散I／O之间的通信，可以满足交直流调速系统快速响应的时间要求。因此在工业控制中已经得到广泛应用。在此重点讨论PROFIBUS-DP总线中6SE70交流调速器的通信方式和相关参数设置，并给出了S7-300PLC与6SE70交流调速器间基于PROFIBUS-DP总线的编程实现方法。最后结合单电机的交流流拖动调速装置，对整个系统进行了说明。

2 PROFIBUS-DP协议和网络参数设备

2.1 通信协议

PROFIBUS-DP的协议以ISO／OSI模型为参考，并对其进行了简化。PROFIBUS-DP使用了第1层、第2层（即物理层和数据链路层）和用户层，第3层到第7层未使用（这些层必要的功能在第2层或用户层中实现）。这种精简的结构确保高速数据传输及较小的系统开销。在用户接口中规定了PROFIBUS-DP设备的应用功能，以及各种类型系统和设备的行为特性。这种为高速传输用户数据而优化的PROFIBUS协议特别适用于可编程控制器与现场分散的I／O设备之间的通信。

PROFIBUS支持主从系统、纯主站系统、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。对多主站系统来说，主站之间采用令牌方式传递信息，得到令牌的站点可在一个事先规定的时间内拥有总线控制权，共事先规定好令牌在各主站中循环一周的最长时间。按PROFIBUS的通信规范，令牌在主站之间按地址编号顺序，沿上行方向进行传递。主站在得到控制权时，可以按主从方式，向从站发送或索取信息，实现点对点通信。主站可采取对所有站点广播（不要求应答），或有选择地向一组站点广播。

PROFIBUS-DP通信协议的数据电报结构分为协议头、网络数据和协议层。网络数据即可用数据结构，称之为参数过程数据对象PPO（Parameter Process data Object），分成不同两部份且能用报文分别传送，包括参数区PKW和过程数据区PZD。参数部分（PKW-参数识别值）用于读、写参数值。过程数据（PZD）部分包括控制字、设定值、状态字和实际值。

调速器运行时，只有将频率设定值和速度实际值与实际控制通道连接，调速器才能按照主站的指令运行，同时将实际值反馈到主站。系统工作时，CBP将接收到的数据存储在自身的内存中，然后通过模拟量连接器，将每个过程数据PZD i（i＝1，2，……，10）与控制通道连接起来。

2.2 PROFIBUS板（CPB2）网络通信的参数

CBP2是6SE70系列调速器的PROFIBUS接口板，调速器通过PROFIBUS-DP总线进行连接后，除了要在主站中设置连接外，还要对调速器本身的一些功能参数进行设置，才能保证主站和从站间的正常通信。参数P918用来设定从站的总线地址，这是网络的基本通信参数。设定后还需进一步地设定控制字的连接器通道，以实现控制字、给定值、状态字、状态值的读写。

3 S7-300 PLC编程实现

首先，在STEP7的硬件组态中指定PPO的类型。根据PPO型的定义，对调速器的远程操作，是通过对参数区域和过程参数区域读写来完成的。系统提供了对连续数据区域操作功能块，执行相应的远程数据读写操作。在STEP7编程环境下可以使用系统功能块为SFC15“DPWR_DAT”和SFC14“DPRD_DAT”。使用 SFC15“DPWR_DAT”可以通过网络数据传输指令标准DP从站远程I／O或过程映像输入表写入连续的数据。使用SFC14“DPRD_DAT”可以读取标准DP从站中的连续数据区域。如果在数据传输中没有错误，那么读回来的数据将保存在参数“RECORD”指向的目标地址中。

4 应用实例

以单电机的交流拖动调速装置为例，S7-300 PLC作为一级DP主站，负责在预定的信息周期内循环与从站交换信息，发送控制信息，读取从站的状态等。SIMOREGDC-MASTER加上CBP2通讯板（PROFIBUS通讯模块）后作为从站。

4.1 硬件连接

4.1.1 安装CBP接口板

先将电子箱中的主电路板取出，将CBP装在主控板上，然后插入电子箱并固定。

4.1.2 通信线路的连接

连接时可采用西门子提供的总线连接器，并在两端打开终端电阻开关。单元间用PROFIBUS电缆和西门子总线快速连接器实现网络互连。图1所示为单电机的交流拖动调速装置系统网络原理框图。

4.2 参数设置

6SE70交流调速器功能参数设置框图如图2所示。设定总线地址P918＝3；参数P554.1设为B3100（PZD控制字1的0位的源，启停控制），为通过第一块CB／TB板接收到数据字1的0位；参数P443设定主给定值的源，即主给定值K3002；参数P734的变址001设定在电报PZD区的字1，即状态字K0032；P734的变址002设定在电报PZD区的字2，即状态字K0033；P734的变址003设定在电报PZD区的字3，即速度的给定值KK0150；P734的变址004设定在电报PZD区的字4，即实际速度的反馈值KK0020。P734的变址005设定在电报PZD区的字5，即实际转矩反馈值K0024。调速器通过上述设定后，即可按照上一级自动化系统的要求进行工作。

图1 单电机交流拖动调速系统网络框图

图2 6SE70交流调速器功能参数设置框图

图3 系统组态

图4 发送和接收的编制程序

4.3 组态与编程

在STEP7中对调速器进行硬件组态，选择CBP板的PPO类型为PPO5，即PZD为10个字。通过以上设定，即可用程序实现对调速器的远程控制。图3所示为系统组态，图4所示为发送和接收的编制程序。

上述步骤完成后，PLC及6SE70调速器送电，此时CBP上3个发光管同时闪亮，表示通信成功。其中，红色LED代表CBP2状态，黄色LED代表在SIMOREG同CBP2间进行通信，绿色LED代表在CBP2同PROFIBUS间进行通信。

5 结论

调速器采用PROFIBUS－DP现场总线控制模式后，使系统的稳定性和实时性得到较大的提高，极大地方便了系统的安装调试、维护和运行。用PROFIBUS构成传动控制系统，达到了非常满意的效果。采用这种方式，可以非常经济、有效地解决在传动系统中自动化信息的传递问题，是目前值得大力推广的系统解决方案。

［1] 刘 锴，周 海.深入浅出西门子S7－300PLC［M] .北京：北京航空航天大学出版社，2004.

［2] 周连毅.西门子PLC与变频器间现场总线通讯［J] .科技情报开发与经济，2005.