如何通过Profibus总线与ABB变频器实现S7—300的通信原理与实现方法

陈克彪

摘 要：文章以湛江港DQK3000/4500-40斗轮堆取料机为例，分析了西门子S7-300系列PLC通过Profibus总线对ABB变频器ACS800-04进行控制，变频器的设置，PLC程序的编写，实现快捷而可靠地进行数据传输交换。

关键词：西门子PLC；ABB变频器；Profibus-DP；通讯参数设置

引言

PROFIBUS是一种具有广泛应用范围的、开放的数字通信系统，在集中自动化系统向分散自动化系统转移方面是一种重大突破。PROFIBUS一直侧重于系统集成和系统工程等方面，该总线具有适合于快速、时间要求严格的应用和复杂的通信任务的特点，成为唯一能够全面覆盖工厂自动化和过程自动化应用的现场总线，特别适用于工厂自动化和过程自动化领域。因而从诞生至今，PROFIBUS在现场总线技术领域一直是国际市场上的领导者。文章结合湛江港300#泊位斗轮堆取料机控制系统浅析了Profibus总线技术与ABB变频器的通讯原理与实现方法。

1 系统配置

Profibus是一种国际化、开放式、不依赖于设备生产商的现场总线标准，Profibus能满足西门子PLC与ABB变频器的通讯要求。湛江港DQK3000/4500-40斗轮堆取料机控制系统以西门子CPU315-2DP作为主站，另有3个扩展机架、4台ACS800变频器为从站，实现全数字交流调速系统在Profibus-DP网中的通信及控制。本系统Profibus-DP网络配置图如图1所示。

编程软件为STEP7 V5.4软件，用来对堆取料机PLC系统S7-300进行编程以及对Profibus-DP网络进行组态与通讯配置。

RPBA-01 Profibus-DP Adapter适配器模块是用于ABB变频器的可选现场总线适配器模块之一。通过RPBA-01，ABB传动装置可以连接到PROFIBUS网络上。将RPBA-01插入传动单元（RDCU）中标记有SLOT 1的插槽。RPBA-01上的DIP开关（S1 BUS TERMIN），用于选择总线终端器，总线终端器可以防止总线电缆端的信号反射，如果模块是网络中的最后一个模块或是第一个模块，总线终端器必须设置为ON。当使用Profibus带内置终端器的D-sub 连接器时，必须断开RPBA-01终端器。可以使用模块上的旋转节点地址选择开关（S2 NODE ID 10x与S3 NODE ID 1x）来选择节点的地址号，节点地址号为两位数，范围在00～99。左边的开关S2代表第一个数字，右边的开关S3代表第二个数字，如地址为08，则左边的开关S2旋到0，右边的开关S3选到8。

2 STEP7项目系统组态

2.1 硬件组态

配置机架、CPU模块（315-2DP）、通讯模块（CP343-1）以及输入输出模块。PLC的CPU的MPI地址为2，Profibus地址为2，通讯模块CP343-1的MPI地址为3。

在STEP7的硬件组态窗口中，点击菜单栏上的“选项”-“安装GSD文件”将ABB变频器现场总线适配器RPBA-01的GSD文件导入STEP7的编程环境中，GSD文件名为ABB-0812.GSD。导入成功后，在“硬件目录”中的“PROFIBUS DP”下的“Drives”中可找到RPBA-01硬件。

2.2 总线组态

右键CPU的DP模块，选择“添加主站系统”，生成Profibus总线，再把“硬件目录”中的RPBA-01拖动到Profibus总线上，将IM153-2拖动到总线上，组态I/O模块。双击模块，分别设置Profibus地址。对于变频器模块，需双击模块，在弹出窗口中选择“分配参数”选项，将“Operation mode”的数值由Profidrive更改为Vendorspecific，另需设置PPO类型为PPO Type 5。

将配置下载到主站中。

3 参数设置

以尾车皮带变频器（变频器型号为ACS800-04-0400-3）从站为例，打开编程软件STEP7，在硬件组态窗口中点击该从站，在系统硬件组态下方有尾车皮带从站的RPBA-01参数，如图2所示，其中“I地址”PIW408～PIW427这10个字是变频器的RPBA-01从站发送到Profibus网络上的PPO类型的过程数据字，S7-300可直接读取地址内的地址，可以直接通过STEP7中编程进行操作；“Q地址”PQW408～PQW427是变频器收到Profibus网络上的PPO类型的过程数据字，可以通过这10个字对变频器进行操作。其中，PIW408、PIW410为PPO默认的变频器的状态字、实际速度值；PQW408、PQW410为PPO默认的变频器的控制字、频率给定值，PIW412～PIW426这8个字可以通过设置变频器51组参数中的51.06～51.20中的PZD IN进行配置改变。变频器参数还需做出相应改变，改变参数如表1所示。

4 程序分析

如通讯参数设置部分所述，S7-300 PLC主站通过Profibus-DP网络可以读取从站反馈的状态字和实际速度等信息，也可以给ACS800变频器从站写入控制字CW设定变频器频率，进行启动、停止等控制，即变频器的控制是PLC主站通过直接读取映射寄存器的方式进行编程实现的。

以斗轮堆取料机PLC控制程序中尾车皮带控制程序FC27模块为例来进行说明。如图3所示

4.1 停止电机：尾车皮带使能条件不满足或者变频器故障时，PLC通过使用MOVE指令向变频器写入控制字CW值1143（十六进制数为477）；尾车皮带使能条件不满足以及通讯不正常，或者尾车皮带正转指令（即尾车皮带启动指令）丢失，PLC通过MOVE指令向变频器写入频率给定值REF1值0。

4.2 启动电机，尾车皮带正转指令有输入，尾车皮带保护类开关正常输入，故障复位按钮没被按下，尾车皮带使能条件满足，变频器无故障时，PLC向变频器写入控制字CW值1151（十六进制数为47F）；尾车皮带使能条件满足，尾车皮带正转指令（即尾车皮带启动指令）保持输入，PLC通过MOVE指令向变频器写入频率给定值REF1值20000。

5 结束语

该斗轮堆取料机自投产以来，变频器运行稳定可靠，主站与变频器采用了Profibus-DP通讯，抗干扰能力强，实现了主站与变频器之间快捷可靠地传输交换信息数据。通过Profibus-DP现场总线控制，从站反馈的信息丰富全面，通过对变频器设定以及PLC程序的改动，主站可以实时掌握ABB变频器从站的各种状态信息，并对变频器的控制进行方便的修改，极大方便现场检修工作的开展。

参考文献

[1]李冰，等.零基础学西门子S7-300/400 PLC[M].北京：机械工业出版社，2010.

[2]周志敏，纪爱华，等.ABB变频器工程应用与故障处理[M].北京：机械工业出版社，2013.

[3]ABB电气传动系统有限公司.ACS800标准应用程序7.x固件手册，2003.