[align=left] 摘要：本文分析現(xiàn)場總線技術的特點，介紹了一種以西門子mm440為驅動功率單元的傳動控制系統(tǒng)。通過網絡組態(tài)，通訊設置，畫面生成完成對系統(tǒng)的構建，文章末尾介紹系統(tǒng)維護的相關事項。 Abstract: This article analyzes the field bus technology the characteristic, introduced one kind of west of family household mm440 is the actuation power unit transmission control system. Through the network configuration, the communication establishment, the Monitoring contact surface completes to system constructing, end of the article introduces the system maintenance the related item. 關鍵詞： 現(xiàn)場總線 Profibus-DP plc 變頻器 Wincc Keywords: Profibus-DP fieldbus plc inverter Wincc 1、前言 隨著微處理器的技術發(fā)展和廣泛的應用，原來由主控計算機完成的一些任務被分散到了控制對象當中，出現(xiàn)了智能化設備。智能化設備實現(xiàn)了信息采集、顯示、處理、傳輸以及優(yōu)化控制等功能與一身。二是計算機在速率、穩(wěn)定性、可靠性等性能的不斷提高，為主控計算機與設備之間高速度的、高精度的、高穩(wěn)定性的、高可靠性的及其便利的操作性和維護性帶來可能，從而催生了現(xiàn)場總線技術。如今以數(shù)字信號為傳輸特征的分布式控制系統(tǒng)（DCS，Distributed Control System分布式控制系統(tǒng)）代替以模擬信號為傳輸特征的集中控制系統(tǒng)已是大勢所趨。 雖然現(xiàn)場總線發(fā)展至今已有二十多年的歷史，但尚未形成統(tǒng)一的標準。絕大部分市場仍由幾大知名廠商占據(jù)。其中PROFIBUS以Siemens公司為主要支持者，并成立了WorldFIP國際用戶組織。本文就是以西門子公司plc及變頻器為相關設備的現(xiàn)場總線應用。 2、Profibus-dp結構與技術特點 Profibus是一種成熟的有著廣泛客戶支持的現(xiàn)場總線技術，業(yè)也成為德國國家標準DIN19425和歐洲標準EN50170，廣泛的應用于制造業(yè)自動化控制，過程控制，樓宇自動化，交通，發(fā)電與輸配電等領域。 Profibus是以ISO7498為基礎，以開放式系統(tǒng)互連網絡OSI（open system interconnection）作為參考模型，定義了物理傳輸特性，總線存取協(xié)議和應用功能。由于只采用物理層，數(shù)據(jù)鏈路層DDLM，和應用層，所以成就了它的高速性和經濟性。Profibus由三個族系構成，profibus-DP（ Decentralized periphery分布I/O系統(tǒng)），Profibus-PA （Process automation 現(xiàn)場總線信息規(guī)范），Profibus –FMS（ Fieldbus Message Specification，過程自動化）。Profibus-PA專為過程控制而設計。Profibus-FMS應用與車間級監(jiān)控網絡，是一個令牌結構實時多主網絡。而本系統(tǒng)采用的Profibus-DP是一種高效的，經濟的，用于控制系統(tǒng)與分散式IO設備之間的通訊。使用Profibus-DP模塊取代24伏或4-20毫安的串聯(lián)式信號傳輸。直接數(shù)據(jù)鏈路層DDLM提供的用戶接口，使得對數(shù)據(jù)鏈路層的存取簡單方便，是一種優(yōu)化了的設計。傳輸介質可以采用RS-485傳輸通訊電纜或光纖，出于鋼鐵公司現(xiàn)場環(huán)境和工藝對數(shù)據(jù)速率的要求及經濟考慮，本系統(tǒng)采用的是RS-485電纜。 3、傳動系統(tǒng)介紹及構成 本系統(tǒng)是邯鋼連鑄連軋廠熱板坯生產線系統(tǒng)的一部分，隸屬加熱爐系統(tǒng)。連鑄連軋薄板坯生產線系統(tǒng)主要由四個重要區(qū)域組成，連鑄區(qū)，加熱爐區(qū)，軋制區(qū)，卷曲區(qū)。加熱爐區(qū)負責兩相任務，一是把連鑄出來的坯子加熱到工藝要求的相應溫度，這項任務由溫度控制系統(tǒng)完成；二是把熱板坯傳送進入軋機并相應達到軋機要求的入口速度，此項任務由傳動系統(tǒng)來完成。傳動系統(tǒng)要接受兩個接口的信息來確定所采取的動作，一是連鑄機要詢問加熱爐內坯子的占有情況并做出相應處理；二是當軋機需要坯子時，需要詢問加熱爐坯子所在的位置，加熱爐作出回應，加速或減速輥道電機。坯子的位置通過系統(tǒng)計算和光電管檢測修正來確立。系統(tǒng)基本原理流程如圖1： [/align] 4、網絡硬件及組態(tài) 系統(tǒng)由S7416-2D接IM467接口模板作為Profibus-DP的主站，接CBP模板的mm440作為Profibus的從站，PG（編程器）/PC以網卡cp5611，S7416-2DP以MPI接口互連與MPI網絡，PG得以訪問S7416-2DP，修改，監(jiān)視變量。S7416-2DP以CP433-1通訊網卡，HMI計算機以網卡cp1613互連與工業(yè)以態(tài)網絡。PLC通過IM467接口模板接Profibus通訊電纜RS485，終端通過連接器與變頻器的CBP模板連接，構成現(xiàn)場總線傳動控制系統(tǒng)。S7416-dp通過Profibus-DP協(xié)議發(fā)送控制字給變頻器和讀取變頻器的狀態(tài)，以實現(xiàn)對三相異步電動機的控制與狀態(tài)的讀取。網絡結構如圖2：其中Temp- control為溫度控制系統(tǒng)PLC。 組態(tài)由軟件step7來完成，在SIMATIC MANAGER建立項目，插入主站s7400，在HW config進行組態(tài)，按照定貨號和硬件安裝順序依次插入機架，電源，cpu，接口模塊等。為IM467建立新的Profibus網絡，添加變頻器，選擇PPO類型，設置IM467為DP主站，變頻器為DP從站，在相關屬性中設置地址。組態(tài)如圖3： 5、DP從站配置 5.1 通訊報文結構及選型 主站與從站的通訊報文結構由協(xié)議幀頭、中間數(shù)據(jù)區(qū)、協(xié)議幀尾組成。變頻器作為通訊從站在中間數(shù)據(jù)區(qū)定義了通訊用的PPO類型， PPO類型由兩部分組成：PKW和PZD.。PPO類型是各大知名廠商為了支持傳動驅動設定的行業(yè)規(guī)范，以達到驅動裝置的互換性，目前PPO類型一共有五種，PPO1-PPO5。mm440只支持兩種PPO類型：PPO1型和PPO3型，對本系統(tǒng)的多變頻器控制也可以選擇PPO2型，其結構如圖4： 其中圖5中，每個一個綠色方塊均代表一個字的空間，其中ppo1型通訊報文六個字（4PKW+2PZD），ppo2型通訊報文兩個字（2PZD），ppo2型通訊報文十個字（4PKW+6PZD）。圖中各標識的含義：PKW，參數(shù)標識符；PZD，過程數(shù)據(jù)；PKE，參數(shù)標識符；IND，索引；PWE，:參數(shù)值；STW，控制字；ZSW，狀態(tài)字；HSW，主設定值；HIW，主實際值。PKW當中包含一些讀寫請求，有無數(shù)據(jù)分組，參數(shù)號，分組代碼等相關信息。當PLC 輸出，第一個字為控制字STW，第二個字為主設定值HSW。當PLC 輸入，第一個字為狀態(tài)字ZSW，第二個字為運行反饋值HIW。 5.2 變頻器通訊地址設置 西門子變頻器的通訊地址除了硬件組態(tài)度中設置之外，還可通過現(xiàn)場通訊模板dip開關或者參數(shù)P918來設置。DIP開關具有比P918更高的優(yōu)先級。DIP有七個開關，從左到右為1-7，1為最低位，7為最高位，有效范圍1—125。 5.3 信息的存儲發(fā)送及讀寫 PLC與變頻器之間的信息的傳輸通過I/Q過程映象區(qū)來完成，每個變頻器對應獨立的區(qū)，長度與PPO類型的選擇有關，本系統(tǒng)選擇PPO2型，十個字二十個字節(jié)，配置可以在屬性中進行，如圖5： 讀寫信息需要調用特殊功能塊，STEP7 V5.1有兩個SFC塊“DPRD_DAT”和”DPWR_DAT”，應用DP通訊傳輸命令“DPRD_DAT”和”DPWR_DAT”把數(shù)據(jù)傳輸?shù)阶冾l器的通訊區(qū)PZD數(shù)據(jù)區(qū)PIW內，同時把變頻器的PZD數(shù)據(jù)區(qū)PQW數(shù)值讀到PROFIBUS-DP傳輸?shù)腄B塊中,通訊例程如下： CALL "DPRD_DAT"；調用DP 讀命令 LADDR=W#16#200；起始地址如圖6（512十六進制為200h） RECORD：= 數(shù)據(jù)塊中定義的PZD數(shù)據(jù)區(qū)對應的數(shù)據(jù)地址 RET_VAL：= 程序塊的狀態(tài)字，以編碼形式反映程序的錯誤； CALL "DPWR_DAT" ；調用DP 寫命令； LADDR：=W#16#200 ；起始地址； RECORD：= 數(shù)據(jù)塊中定義的PZD數(shù)據(jù)區(qū)對應的數(shù)據(jù)地址； RET_VAL：= 程序塊的狀態(tài)字，以編碼形式反映程序的錯誤。 5.4 變頻器及電機參數(shù)的設置 為了保證總線運行必須設置變頻器參數(shù)，通過編程器以RS232接口串接參數(shù)讀寫模板來進行，軟件為Driver monitor。主要參數(shù)如圖6： 6、系統(tǒng)監(jiān)控 系統(tǒng)采用pc機作為監(jiān)控設備，監(jiān)控組態(tài)軟件wincc。為了完成系統(tǒng)監(jiān)控下列項目是必須的。 6.1 添加SIMATIC S7通訊協(xié)議 在正確安裝網卡之后，打開WINCC，選擇“Tag Management”，右鍵選擇“Add New Diver”，在彈出的窗口中選擇“SIMATIC S7 Protocol suite”，將其添加到“Tag Management”目錄下。 6.2 通訊設置 選擇ＴＣＰ／ＩＰ通訊協(xié)議，右鍵“System parameter”，在窗口“Logical device name”項目中選擇cp5613；選擇ＴＣＰ／ＩＰ通訊驅動，右鍵“New Driver connection”，建立一個新的連接，在對話框中添加需要訪問的cpu地址（Station Address）和槽號（Slot Number）等 6.3 畫面編輯及狀態(tài)顯示 利用畫面編輯器提供豐富的庫資源或者導入自己設計好的圖片作為人機界面；分組變量，根據(jù)Tag和項目在PLC中相應的關系，對其變量屬性進行設置，通過Wincc內部函數(shù)GetTag和SetTag實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換，當相應的信息變化時候，系統(tǒng)做出回應，如顏色的變化，數(shù)字的改變，報警等等。本系統(tǒng)對與變頻器對應的輥道設置了三種狀態(tài)，以不同顏色標識：前進（綠色），后退（黃色），故障（紅色）。當紅色報警出現(xiàn)時候，畫面下方會出現(xiàn)相關的信息條目，信息實施刷新。可通過信息記錄或報警記錄來確定是哪個報警信息，這些信息包括：變頻器跳，馬達溫度高，冷卻水溫度高報，馬達開關關，通訊故障。如圖7，圖8 7、系統(tǒng)維護 維護人員根據(jù)Wincc畫面信息了解變頻器狀態(tài)并作出相應的處理。另外對與現(xiàn)場級可通過變頻器的狀態(tài)了解變頻器本身及電動機的狀態(tài)。西門子變頻提供了三種手段來了解上述信息。 7.1 通過SDP（基本狀態(tài)模板） SDP上下兩個狀態(tài)顯示led燈來判斷故障基本信息，具體如下表1： 7.2 利用基本操作面板（BOP）了解相關信息 在BOP分別Axxx和Fxxx表示報警信息和故障信息。在實際的維護中經常能遇到的一些信息及常見處理辦法，如下表2： 7.3 利用高級操作面板（AOP）。 AOP設有的報警屏幕，當變頻器出現(xiàn)故障或者變頻器網絡出現(xiàn)故障，AOP將給出特定的故障信息：發(fā)生故障的變頻器識別號；故障碼；說明故障狀態(tài)的解釋文本。 利用AOP可以查看變頻器和電動機的工作狀態(tài)信息，如輸出電流，電動機的轉數(shù)，直流回路的電流電壓等等，為分析故障原因帶來方便，具體細節(jié)可查找相關手冊。 8、結束語 Profibus—DP總線技術以其高速率，穩(wěn)定性好，擴展性好，經濟性在實際應用中得到了良好的體現(xiàn)。另外西門子變頻器提供了卓越的與Profibus—DP的接口，給組建系統(tǒng)帶來了便利，其與變頻器的友好訪問接口及軟件給維護帶來高效率，為保證生產贏得寶貴時間。 第一作者簡介：姜德敬，男，1979年生，遼寧人，本科畢業(yè)，自動化學士，現(xiàn)在邯鋼連鑄連軋廠從事plc及現(xiàn)場電氣維護工作。 參考文獻： [1].SIMATIC HMI基于WINDOWS的系統(tǒng)用戶手冊。2000年1月版。 [2].SIMATIC 組態(tài)硬件和通訊連接，STEP7 5.3版本，20004年1月版。 [3].標準銷售工程師手冊，2004年3月。 [4].WINCC控制中心手冊，1997年8月版。 [5]. 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