PLC、变频器与通信技术的应用
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摘 要：随着信息技术的飞速发展，工业领域的网络通信技术正朝着完全自动化的方向发展。现场总线技术是当今自动化技术发展的热点之一，被誉为自动化领域的计算机区域网，它的出现标志着工业控制领域又一个新时代的开始。
如果想要将现场层用于控制多台电动机的变频器用PLC来控制，实现工业自动化控制系统，从而实现控制系统的自动化，对系统性能及运行状态的实时有效的监控和各层设备间的信息的共享，就要研究各层设备的通信技术，西门子的PLC和变频器之间的通信技术主要有USS和PROFIBUS现场总线通信技术，由于PROFIBUS现场总线技术在PLC方面的应用非常广泛，所以重点研究了如何通过PROFIBUS现场总线技术来实现PLC和变频器的通信。
1 西门子PLC与变频器之间的通信协议
在传统的继电器控制电路，控制速率太慢、控制过程繁琐、存在机械误动外，这种控制系统的硬件结构相对比较庞大，对现场空间的要求比较多，对车间环境的要求也是比较高的。工业生产要求的高效率、大规模、低成本，继电控制不适用于工业大规模生产。若要将现场层用于控制多台电动机的变频器用车间级的PLC来控制，实现完全自动化工业控制系统，对系统性能及运行状态的实时有效的监控和各车间级实现信息共享，就要研究各层设备的通信技术，我们以车间级PLC与设备级的变频器为主研究自动化控制系统。：
2 西门子PLC与变频器的USS通信
2.1 USS通讯协议
USS是主从访问方式的通信协议，它规定了通过USS协议可以有一个主站和最多31个从站。在USS协议中主站和从站有两种不同的访问方式。一种方式是：主线上的每个从站都有各自的站地址，主站主要靠从站的站地址来识别和访问各个从站，而从站也依靠站地址来接收主站传送的信息并做出相应的回应。另一种访问方式是广播通信方式，主站可以同时为许多甚至所有的从站发送报文信息，从站在对收到的报文信息作出相应的响应后，可不回送报文。
2.2 使用USS这种协议的特点：
（1）采用总线电缆通信，对硬件设备的要求低，减少了设备间的布线。
（2）如果要改变控制功能，无需重新连接线路，只要在控制室中，将相应的控制程序重新进行下载，即可实现了全自动控制。
（3）可以根据实际需求和现场条件所选用的不同传输介质，通过串行接口设置或改动传输装置的参数。
（4）采用数字化的信息传送方式，提高了通讯速率和可靠性，避免了干扰和漂移问题。
（5）一般多用RS-485屏蔽双绞线作为通信介质，最远传输距离可达1000米，对于较大的系统来说，减少了电缆的数量，降低了工程费用。
（6）传输速率可达到187.5Kbps，有相对较高的传输速率。
2.3 USS通信协议的适用场合
通过这样的通讯，就可以用一根总线将控制室的PC机、PLC和来自现场层的设备变频器及电动机连接成一个整体，并只用操作PC机就可以实现对电机的各种操作和监控，并节省了资源，降低了成本。在S7-1200 PLC与MM440变频器的USS通信协议中，由于USS通信协议本身的特点，每个S7-1200 PLC最多可带3个通信模块，而每个通信模块最多可支持16个变频器，所以最多可支持48个变频器。所以采用USS通讯协议就能够以低廉的成本实现PLC对变频调速器控制的小型的自动化控制系统。
3 西门子PLC与变频器的PROFIBUS通信
3.1 Profibus-DP通信协议
Profibus通信技术是一种国际化、开放式、不依赖于生产商的现场总线协议。Profibus具有模块化的设计，并提供通信技术、许多应用和系统行规，以及设备管理工具等，可以说它在一定程度上满足了工厂自动化和过程自动化领域的不同和特殊场合的应用要求，所以可看出Profibus通信技术应用的广泛性。
Profibus-FMS主要用来实现车间级的通信任务，这不是我们主要研究的层面。Profibus-DP主要用于单主站或多主站控制多个从站的系统，所以主要用Profibus-DP来进行PLC与变频器的通信，实现车间级与现场级的通信。而Profibus-PA采用扩展了的Profibus-DP协议以满足更高要求的场合，在PLC与变频器的通信中用不到它。在此，主要研究Profibus-DP通信协议。
3.2 西门子PLC与变频器通过Profibus-DP实现通信的系统类型
Profibus-DP允许构成单主站或多主站系统，在同一总线上最多可连接126个站点。西门子PLC与变频器通过Profibus-DP实现通信的系统包括以下三种不同的类型：
3.2.1 1类DP主站（DPM1）
1类DP主站是中央控制器，典型的DPM1主站是PLC或PC。在西门子PLC与变频器的PROFIBUS通信系统中，PLC作为主站是Profibus-DP应用的中心部件，在一个规定的、重复的信息周期内，中央控制器与分布式从站即变频器交换信息。非循环传输的数据与循环的测量值相比不是经常变动的，因此这种数据与快速循环的有用数据一起传输，单一较低的优先级传输。
3.2.2 类DP主站（DPM2）
2类主站指操作员工作站、PLC编程器、操作员接口等，在DP系统组态操作时使用完成系统操作和监视的目的。在这种系统中PLC用于DP系统的启动、组态或用于正常运行过程中对系统的监控，诊断等系统操作。这种类型中的主站PLC可以读取由从站设备变频器来的输入、输出、诊断和组态数据等反馈信息。
3.2.3 DP从站
DP从站是进行输入输出信息采集和发送的设备。一个DP从站是一个I/O设备，他读取输入信息并向I/O提供输出信息，输入和输出信息取决于设备类型，最大为246Byte。在车间级PLC与设备级的变频器之间的通信系统中，DP从站是分散的变频器，在车间级设备如PLC与PLC之间的通信系统中，PLC既可以做主站也可以是从站。
4 结论
本文是讨论基于西门子系列PLC和MM4系列变频器之间的通信技术的应用。现场总线技术就是顺应工业生产控制系统要实现集成自动化控制技术要求而发展起来的一种工业通信技术。现场总线技术是当今自动化技术发展的热点之一，被誉为自动化领域的计算机区域网，它的出现标志着工业控制领域又一个新时代的开始。
作者单位
河北津西钢铁集团股份有限公司动力厂 河北省唐山市 064302