简析西门子PLC在变频器通讯中的应用
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摘要：通过对焦炉机车变频通讯系统的分析，作者利用西门子公司的总线通讯技术，对现有的系统进行分析，方案在装置运行前期，运行起来较稳定，但随着运行时间的增加，经常出现变频器掉站导致停车的现象，解决问题的办法，只能通过更换协议转换器的办法来消除故障，于是我们研究在不改变 DCS组态数据，和变频器参数的条件下，用最可靠和经济的方法来实现变频器和 DCS 之间的数据通讯重新设计通讯系统，并介绍了变频器通讯系统改造方案。
中图分类号： TN773 文献标识码： A
1技术方案的提出及实施
方案将通讯系统分为两个部分，一是PROFIBUS总线部分，二是DCSSI卡的RS232C通讯部分。采用西门子公司的S7－300系列的PLC的CPU作变频器CBP的主站，技术上是安全稳定的。由于S7－300系列的PLC提供可以作为SI通讯伙伴的CP341串行通讯卡，故我们选择了全部采用西门子产品作为赫优讯协议转换器的替代方案。
1.1 PLC硬件组态和软件编程
主站硬件配置为：
电源：PS3075A；
CPU：CPU315－2PN/DP（具有1个MPI端口、1个PN工业以太网端口）；
通讯处理器：CP341－RS232C；
终端电阻：6ES7972－0DA00－0AA0。
从站为4个CBPPROFIBUS通讯卡，8台变频器地址分别为：3、4、5、6西门子6SE70变频器和PLC的Profibus通讯的硬件连接如下：在变频器CUVC板上安装CBP板。通过Profibus总线将各变频器和PLC连接，并在两端打开终端电阻。接口采用西门子的总线连接器。机车西门子PLC和变频器之间的通讯是：PLCCPU上的DP口和传动装置上的通讯模块CBP板通过PROFIBUS总线电缆和总线连接器连接，采用RS485接口及支持1．5Mbps波特率数据传输。
PROFIBUS－DP总线方式允许在PLC和传动装置之间进行快速的数据交换。对传动装置的存取总是按照主－从方式进行的，传动装置总是从站，且每个从站本身都有明确的地址。主从站之间的数据读写核心的部分是参数区（简称PKW）和过程数据区（简称PZD）。
在变频器通讯系统中，基于PROFIBUS的PLC与变频器之间数据传输是整个控制系统的关键。
PLC的硬件组态和通信编程是使用STEP7v5．4进行的。图1为PLC的PROFIBUS通讯配置画面：
图16SE70变频器通信区定义
主站Master为CPU－315－2PN/DP；从站Slave为6SE70传动装置，具体地址分配见表1：
表1各变频器地址分配表
通讯区定义：选择PPO4类型，具体地址分配如图1所示。
1.2应用SFC14和SFC15功能块读写变频器从站的数据
在STEP7中的I/O存取命令不允许用单字节、单字或双字命令去存取具有3个或大于4字节的相连续的DP数据区域（模块）。为了存取这种封闭结构的相连续的数据区域，使用系统功能DPRD＿DAT和DPWR＿DAT。
（1）系统功能SFC14DPRD＿DAT
为了读一个DP从站的相连续的输入数据区域，使用系统功能SFC14DPRD＿DAT，每个读存取涉及一个专用输入模块。如果一个DP从站有若干个相连续的输入模块，则必须为所要读的每个输入模块分别安排一个SFC14调用。表2列出了必须定义的SFC14的输入和输出参数。
表2 SFC14DPRD＿DAT的参数
（2）系统功能SFC15DPWR＿DAT
从S7CPU传送一个连续的输出数据到DP从站，使用系统功能SFC15DPWR＿DAT。每个写存取涉及一个专用的输出模块。如果DP从站有若干个连续的数据输出模块，则对每个要写入的输出模块必须分别安排一个SFC15调用。表3指出了必须定义的SFC15的输入和输出参数。
表3 SFC15DPWR＿DAT的参数
1.3建立通讯DB块
一般地，读写数据都做在一个DB块中，且最好与硬件组态设定的I/O地址范围大小划分相同大小的区域，便于建立对应关系和管理。在BUS4A－14PLC控制系统中，因为每个PLC控制4台变频器，这4台变频器的控制功能是一样的。所以在PLC中编制了功能FB16，它的功能是实现PLC和变频器的数据交换；实现变频器启动、速度调节、合闸/分闸、故障复位、速度和电机电流转换等。
2通讯程序
在PLC程序中用FB16的功能是实现PLC和变频器的数据交换及实现变频器的启动、速度调节、起动/停止、故障复位等功能。下面具体描述一下FB16中PLC和变频器数据交换功能的实现。
通讯程序可以直接调用STEP7编程软件的系统功能SFC14（dprd－dat调用dp读命令）和SFC15（dpwr－dat调用dp写命令）来实现。
2.1变频器的通讯设置
在聚酯装置中中我们采用西门子书本型VC变频器作为DP从站，西门子6SE70全数字矢量控制变频器是属于SimovertMasterdriv系列。变频器通讯模板中有支持PROFIBUS总线的CBP板。
PLC和变频器采用PPO4型。6SE70变频器使用过程数据区，实现控制字和设定值（任务：PLC发送给变频器）或状态字和实际值（响应：变频器发送给PLC）的传输。只有当控制字、设定值和状态字实际值依照“过程数据连接”规定的路径连接时，该过程数据的传输才有效。6SE70变频器通信参数应用分为两个部分：6SE70变频器接受PLC的控制字和设定值以及由6SE70变频器返回给PLC的状态字和实际值两部分。
过程数据输出区（PLC发送给变频器）或pzd1～pzd6和6SE70变频器的变量k3001～k3006是一一对应的关系，可以根据需要定义双字节数据，在本系统实际应用中，仅使用控制字k3001和给定值k3002两个字。k3001是一个字，可以看成B3100～B3115的16个开关量。以1416－P02为例：DB226．DBX83．0～DB226．DBX83．7分别对应B3100～B3107；DB226．DBX82．0～DB226．DBX82．7分别对应B3108～B3115。k3002放的是变频器的速度给定值。
过程数据输入区（变频器发送给PLC）pzd1～pzd6和6ES0变频器的参数p734．1～p734．6是一一对应的关系。变频器常用参数设置如表4。
表4变频器部分参数设置
2.2 CP341通讯处理器的组态
CP341模块是西门子S7－300系列PLC中的支持MOD-BUS串行通讯的模块，具有1个串行通讯口（RS232C或TTY或RS485/422），可以使用这种通讯模块实现S7300与Mod-bus主从站通讯，本系统使用CP341。要实现MODBUS通讯时，需要在CP341模块上插入相应协议的硬件狗后，CP模板才能够支持MODBUS（RTU格式）。
首先安装STEP75．4软件和CP341模板所带的软件驱动程序，模板驱动程序包括了对CP341进行参数化的窗口、用于串行通讯的FB程序块、模板不同应用方式的例子程序。当系统上电，CP341模板初始化完成后，CP341上的SF灯点亮。断电，在CP模块上插入Modbus从站硬件狗，然后安装Modbus从站软件包，安装完软件包后，就可项目中组态Modbus从站，双击CP341模块，记录下模板的硬件地址（编程时用到此参数），在模块的属性窗口中点击Parameter按钮，选择Modbus从站协议，将您的PC和PLC连接起来，PLC上电，点击LoadDrivers图标，弹出装载驱动窗口：点击LoadDrivers按钮，完成从站驱动安装过程，进行Modbus驱动装载的时候，PLC必须处于STOP状态。在双击信封图标，打开Modbus从站参数设置窗口，具体设置参数有：波特率、数据位、奇偶校验位、停止位、从站地址等，然后再设定Modbus从站的FunctionCode地址与PLC中M，I，Q等地址的对应关系：pFunctionCode01，05，15对应M，Q，T，C等数据区，可读可写，具体的字节范围可在Modbus从站组态时设定。FunctionCode02对应M，I数据区，只读，具体的字节范围可在Modbus从站组态时设定。FunctionCode03，06，16对应DB区，可读可写，在Modbus从站组态时设定对应的DB块。FunctionCode04对应DB区，只读，在Modbus从站组态时设定对应的DB块。设置完参数后进行编程，FB80是CP341的MODBUS通讯功能块，MODBUS通讯功能块用DB80作为其背景数据块。FB180是CP441－2的MODBUS通讯功能块，其背景功能块为DB180，这两个功能块必须在用户程序的循环程序中运行（通常为OB1）。在OB1中调用FB80/FB180，设置其输入输出参数。
3结束语
该系统通过改造后，经过各种条件下的测试运行，已完全达到工艺控制要求，杜绝了因原卡件因老化而出现的停机现象，而且由于采用的通用性更强的西门子公司的产品，性能更加稳定可靠，查看和修改组态十分方便，彻底的解决了机车变频通讯的故障问题。
参考文献
[1]西门子工业网络通讯指南［K］
[2]SIEMENS6SE70系列变频器使用大全［K］
[3]J．Nagle．Congestion control in IP/TCP internetworks．RFC896,Internet Engineering Task Force, Jan．1984