基于Profibus—DP的西门子PLC与不同变频器通讯的实现

2014-10-22王文标蔡麒张永强汪思源

科技与创新 2014年17期

王文标+蔡麒+张永强+汪思源

摘要：针对变频器控制系统中对多厂商变频器兼容的需求，对变频器的参数设定和硬件组态进行了分析，实现了施耐德变频器、富士变频器与西门子S7-300PLC之间进行Profibus-DP通讯，并通过网络化的手段实现了多种变频器的启动、停止、速度给定和反馈等各项功能，达到施工简单、运行可靠、维护方便的目的。该套基于Profibus-DP通讯方案的实际应用值得在其他领域推广。

关键词：Profibus-DP；PLC；变频器；通讯

中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：2095-6835（2014）17-0107-02

近年来，由于变频器应用简便、性能可靠，已经作为首选的电机控制器应用于工业传动控制装置中。现代变频器提供了标准通信协议和通信接口，为实现对变频器的远程监控奠定了基础。

Profibus-DP作为国际上通用的Profibus现场总线之一，是经济、高速、可靠的现场级传输网络，所以，它被广泛应用于现场工业控制领域。

本文以西门子公司的S7-300PLC为基础，研究了S7-300PLC与施耐德ATV61、富士FRENIC-VP两种不同变频器在Profibus-DP网络中通讯的实现，为后续进行不同厂商变频器的群控奠定基础。

1 变频器的Profibus-DP网络结构

图1 ATV61变频器和FRENIC-VP变频器的Profibus-DP网络结构图

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在该项目中，主要用到了研华公司的610L工控机、西门子公司的S7-300PLC、施耐德公司的ATV61变频器和富士公司的FRENIC-VP变频器。ATV61变频器和FRENIC-VP变频器相应的Profibus-DP网络结构如图1所示。

如图1所示，整个变频器控制系统分为3层，即监控层、控制层和执行层。工控机作为监控层，采用WinCC组态软件对变频器进行监控。S7-300PLC作为控制层，一方面，它对变频器进行控制；另一方面，它又将变频器的运行状态通过MPI的通讯方式传输到工控机中。变频器作为执行层，通过Profibus-DP网络，按照S7-300PLC下达的执行指令实现对电机的控制。

2 S7-300PLC与施耐德变频器的通讯

2.1 施耐德变频器的参数设置

在该项目中，用到的施耐德变频器型号为ATV61。ATV61变频器是靠Profibus-DP通讯卡连接到Profibus-DP网络中，而项目中Profibus-DP通讯卡的型号为VW3A3307 S371。

在设置施耐德变频器的参数时，具体操作步骤是：①选中变频器面板“命令”菜单的“给定通道”中新增的“通讯卡”这一选项。②对Profibus-DP通讯卡VW3A3307 S371的寻址开关进行设置，固定相应的ATV61变频器的从站地址。如图1所示，4台施耐德ATV61变频器的从站地址分别为2#站、3#站、4#站与和5#站。③在ATV61变频器面板的菜单里，分别对它的前两个子菜单COM.SCANNER INPUT和COM.SCANNER OUTPUT进行设置。

2.2 施耐德变频器的硬件组态

ATV61变频器的硬件组态是在S7-300PLC的编程软件STEP 7下完成的。对于ATV61变频器，相对应的GSD驱动文件为TELE09CD.gsd文件。

ATV61变频器的硬件组态步骤是：①在STEP 7软件的“硬件配置”窗口中安装好TELE09CD.gsd文件，安装完成后，如果增加一项“ATV71/61-Profibus-DP”，则代表驱动文件已经安装成功；②点击驱动“ATV71/61-Profibus-DP”设备，并将其拖动到左侧的Profibus-DP网络中，完成了将第1个ATV61变频器组态到Profibus-DP网络的过程，将其设为2#站，其余依次类推；③点击Profibus-DP网络上已挂好的ATV61变频器图标，窗口就显示出了分配给该变频器的变量地址。

在该项目中，ATV61变频器与S7-300PLC的Profibus-DP通信只涉及到4个通信控制参数。如图1所示，以2#从站为例，这4个参数对应的S7-300PLC的通信地址分别为控制字（PQW264）、速度给定字（PQW266）、状态字（PIW296）和速度反馈字（PIW298）。

2.3 施耐德变频器的通信流程

对施耐德ATV61变频器与S7-300PLC的Profibus-DP通讯流程来说，应不断读取变频器的状态字和速度反馈字对其进行控制。ATV61变频器与S7-300PLC的通讯流程如图2所示。

图2 ATV61变频器与S7-300PLC的通讯流程图

如图2所示，整个通讯流程将不断读取变频器的状态字和速度反馈字。如果状态字低4位等于16#8，则证明变频器发生故障，需要复位，控制字发16#80；如果状态字低8位等于16#40或16#50，则证明变频器开路，禁止合闸，控制字发16#6；如果状态字低8位等于16#33或16#37，则证明变频器准备就绪，这时，就可以按照如图2所示的流程控制变频器进行相应的运行。

3 S7-300PLC与富士变频器的通讯

S7-300PLC与富士变频器FRENIC-VP的Profibus-DP通讯的具体配置与施耐德变频器通讯的配置基本一致，不同的是，富士变频器用到的Profibus-DP通讯卡为OPC-F1-PDP，相对应STEP 7软件的驱动文件为FCS0A0F.gsd文件。但需要注意的是，富士变频器的通信流程与施耐德变频器是不一样的，这与厂商变频器所设定的固有通信流程有关。相同的是，要不断读取变频器的状态字和速度反馈字，根据相应的状态来发控制字，同时往速度给定字中写频率。

如果还需要与其他厂商变频器继续进行通讯，可以按照上述变频器类似的配置步骤进行。

4 结论

该项目实现了施耐德变频器、富士变频器与西门子S7-300PLC的Profibus-DP通讯，通过网络化手段控制不同厂商变频器的启动、停止、速度给定和反馈等各项功能。对整个变频器控制系统而言，这种方式达到了施工简单、运行可靠和维护方便的目的，同时，为变频器控制系统中多厂商变频器兼容的需求提供了新的解决方案。这套基于Profibus-DP通讯方案的实际应用经验值得在其他领域推广。

参考文献

[1]石灵丹，槐博超，华斌，等.基于Profibus-DP的西门子PLC与伟肯变频器通讯的实现[J].船电技术，2010，30（10）：58-63.

[2]谭超，牛可，仝矿伟.基于有限状态机的采煤机变频牵引控制系统的研究[J].煤矿机械，2009，30（12）：224-226.

[3]张杰.PLC与变频器之间的Profibus-DP通讯[J].科技与创新，2014（5）：132-133.

[4]邵南银，李文利.基于Profibus-DP的PLC与ATV61/71 现场总线通讯[J].鄂钢科技，2011（1）：38-41.

[5]王珂.基于现场总线Profibus-DP的采煤机牵引变频器监控系统设计[J].煤矿机械，2012，33（10）：237-238.

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作者简介：蔡麒（1991—），男，主要从事工业过程控制方面的研究。

〔编辑：白洁〕

The Implementation of Communications between Siemens PLC

and Different Inverters based Profibus-DP

Wang Wenbiao， Cai Qi， Zhang Yongqiang， Wang Siyuan

Abstract： Aiming at the compatible needs for inverters of multiple vendors in the inverter control system， the Profibus-DP communications between Schneider inverters， Fuji inverters and Siemens PLC were achieved by the inverter parameters setting and the inverter hardware configuration， the functions of starting， stopping， speed setting and speed feedback of multiple inverters also could be completed in network， so the purpose of simple construction， reliable operation， easy maintenance was achieved. The actual application based on Profibus-DP communications solution is worth to promote in the other field.

Key words： Profibus-DP； PLC； inverter； communication