[align=left] 摘要：本文分析現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的特點(diǎn)，介紹了一種以西門子mm440為驅(qū)動(dòng)功率單元的傳動(dòng)控制系統(tǒng)。通過(guò)網(wǎng)絡(luò)組態(tài)，通訊設(shè)置，畫面生成完成對(duì)系統(tǒng)的構(gòu)建，文章末尾介紹系統(tǒng)維護(hù)的相關(guān)事項(xiàng)。 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(guān)鍵詞： 現(xiàn)場(chǎng)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(shù)發(fā)展和廣泛的應(yīng)用，原來(lái)由主控計(jì)算機(jī)完成的一些任務(wù)被分散到了控制對(duì)象當(dāng)中，出現(xiàn)了智能化設(shè)備。智能化設(shè)備實(shí)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(jì)算機(jī)在速率、穩(wěn)定性、可靠性等性能的不斷提高，為主控計(jì)算機(jī)與設(shè)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(hù)性帶來(lái)可能，從而催生了現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)。如今以數(shù)字信號(hào)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(hào)為傳輸特征的集中控制系統(tǒng)已是大勢(shì)所趨。 雖然現(xiàn)場(chǎng)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(biāo)準(zhǔn)。絕大部分市場(chǎng)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(guó)際用戶組織。本文就是以西門子公司plc及變頻器為相關(guān)設(shè)備的現(xiàn)場(chǎng)總線應(yīng)用。 2、Profibus-dp結(jié)構(gòu)與技術(shù)特點(diǎn) Profibus是一種成熟的有著廣泛客戶支持的現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，業(yè)也成為德國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)DIN19425和歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN50170，廣泛的應(yīng)用于制造業(yè)自動(dòng)化控制，過(guò)程控制，樓宇自動(dòng)化，交通，發(fā)電與輸配電等領(lǐng)域。 Profibus是以ISO7498為基礎(chǔ)，以開放式系統(tǒng)互連網(wǎng)絡(luò)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(yīng)用功能。由于只采用物理層，數(shù)據(jù)鏈路層DDLM，和應(yīng)用層，所以成就了它的高速性和經(jīng)濟(jì)性。Profibus由三個(gè)族系構(gòu)成，profibus-DP（ Decentralized periphery分布I/O系統(tǒng)），Profibus-PA （Process automation 現(xiàn)場(chǎng)總線信息規(guī)范），Profibus –FMS（ Fieldbus Message Specification，過(guò)程自動(dòng)化）。Profibus-PA專為過(guò)程控制而設(shè)計(jì)。Profibus-FMS應(yīng)用與車間級(jí)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，是一個(gè)令牌結(jié)構(gòu)實(shí)時(shí)多主網(wǎng)絡(luò)。而本系統(tǒng)采用的Profibus-DP是一種高效的，經(jīng)濟(jì)的，用于控制系統(tǒng)與分散式IO設(shè)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(hào)傳輸。直接數(shù)據(jù)鏈路層DDLM提供的用戶接口，使得對(duì)數(shù)據(jù)鏈路層的存取簡(jiǎn)單方便，是一種優(yōu)化了的設(shè)計(jì)。傳輸介質(zhì)可以采用RS-485傳輸通訊電纜或光纖，出于鋼鐵公司現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境和工藝對(duì)數(shù)據(jù)速率的要求及經(jīng)濟(jì)考慮，本系統(tǒng)采用的是RS-485電纜。 3、傳動(dòng)系統(tǒng)介紹及構(gòu)成 本系統(tǒng)是邯鋼連鑄連軋廠熱板坯生產(chǎn)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(chǎn)線系統(tǒng)主要由四個(gè)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(fù)責(zé)兩相任務(wù)，一是把連鑄出來(lái)的坯子加熱到工藝要求的相應(yīng)溫度，這項(xiàng)任務(wù)由溫度控制系統(tǒng)完成；二是把熱板坯傳送進(jìn)入軋機(jī)并相應(yīng)達(dá)到軋機(jī)要求的入口速度，此項(xiàng)任務(wù)由傳動(dòng)系統(tǒng)來(lái)完成。傳動(dòng)系統(tǒng)要接受兩個(gè)接口的信息來(lái)確定所采取的動(dòng)作，一是連鑄機(jī)要詢問(wèn)加熱爐內(nèi)坯子的占有情況并做出相應(yīng)處理；二是當(dāng)軋機(jī)需要坯子時(shí)，需要詢問(wèn)加熱爐坯子所在的位置，加熱爐作出回應(yīng)，加速或減速輥道電機(jī)。坯子的位置通過(guò)系統(tǒng)計(jì)算和光電管檢測(cè)修正來(lái)確立。系統(tǒng)基本原理流程如圖1： [/align] 4、網(wǎng)絡(luò)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(wǎng)卡cp5611，S7416-2DP以MPI接口互連與MPI網(wǎng)絡(luò)，PG得以訪問(wèn)S7416-2DP，修改，監(jiān)視變量。S7416-2DP以CP433-1通訊網(wǎng)卡，HMI計(jì)算機(jī)以網(wǎng)卡cp1613互連與工業(yè)以態(tài)網(wǎng)絡(luò)。PLC通過(guò)IM467接口模板接Profibus通訊電纜RS485，終端通過(guò)連接器與變頻器的CBP模板連接，構(gòu)成現(xiàn)場(chǎng)總線傳動(dòng)控制系統(tǒng)。S7416-dp通過(guò)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(shí)現(xiàn)對(duì)三相異步電動(dòng)機(jī)的控制與狀態(tài)的讀取。網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖2：其中Temp- control為溫度控制系統(tǒng)PLC。 組態(tài)由軟件step7來(lái)完成，在SIMATIC MANAGER建立項(xiàng)目，插入主站s7400，在HW config進(jìn)行組態(tài)，按照定貨號(hào)和硬件安裝順序依次插入機(jī)架，電源，cpu，接口模塊等。為IM467建立新的Profibus網(wǎng)絡(luò)，添加變頻器，選擇PPO類型，設(shè)置IM467為DP主站，變頻器為DP從站，在相關(guān)屬性中設(shè)置地址。組態(tài)如圖3： 5、DP從站配置 5.1 通訊報(bào)文結(jié)構(gòu)及選型 主站與從站的通訊報(bào)文結(jié)構(gòu)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(dòng)驅(qū)動(dòng)設(shè)定的行業(yè)規(guī)范，以達(dá)到驅(qū)動(dòng)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(duì)本系統(tǒng)的多變頻器控制也可以選擇PPO2型，其結(jié)構(gòu)如圖4： 其中圖5中，每個(gè)一個(gè)綠色方塊均代表一個(gè)字的空間，其中ppo1型通訊報(bào)文六個(gè)字（4PKW+2PZD），ppo2型通訊報(bào)文兩個(gè)字（2PZD），ppo2型通訊報(bào)文十個(gè)字（4PKW+6PZD）。圖中各標(biāo)識(shí)的含義：PKW，參數(shù)標(biāo)識(shí)符；PZD，過(guò)程數(shù)據(jù)；PKE，參數(shù)標(biāo)識(shí)符；IND，索引；PWE，:參數(shù)值；STW，控制字；ZSW，狀態(tài)字；HSW，主設(shè)定值；HIW，主實(shí)際值。PKW當(dāng)中包含一些讀寫請(qǐng)求，有無(wú)數(shù)據(jù)分組，參數(shù)號(hào)，分組代碼等相關(guān)信息。當(dāng)PLC 輸出，第一個(gè)字為控制字STW，第二個(gè)字為主設(shè)定值HSW。當(dāng)PLC 輸入，第一個(gè)字為狀態(tài)字ZSW，第二個(gè)字為運(yùn)行反饋值HIW。 5.2 變頻器通訊地址設(shè)置 西門子變頻器的通訊地址除了硬件組態(tài)度中設(shè)置之外，還可通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)通訊模板dip開關(guān)或者參數(shù)P918來(lái)設(shè)置。DIP開關(guān)具有比P918更高的優(yōu)先級(jí)。DIP有七個(gè)開關(guān)，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(chǔ)發(fā)送及讀寫 PLC與變頻器之間的信息的傳輸通過(guò)I/Q過(guò)程映象區(qū)來(lái)完成，每個(gè)變頻器對(duì)應(yīng)獨(dú)立的區(qū)，長(zhǎng)度與PPO類型的選擇有關(guān)，本系統(tǒng)選擇PPO2型，十個(gè)字二十個(gè)字節(jié)，配置可以在屬性中進(jìn)行，如圖5： 讀寫信息需要調(diào)用特殊功能塊，STEP7 V5.1有兩個(gè)SFC塊“DPRD_DAT”和”DPWR_DAT”，應(yīng)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(nèi)，同時(shí)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(diào)用DP 讀命令 LADDR=W#16#200；起始地址如圖6（512十六進(jìn)制為200h） RECORD：= 數(shù)據(jù)塊中定義的PZD數(shù)據(jù)區(qū)對(duì)應(yīng)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(cuò)誤； CALL "DPWR_DAT" ；調(diào)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(duì)應(yīng)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(cuò)誤。 5.4 變頻器及電機(jī)參數(shù)的設(shè)置 為了保證總線運(yùn)行必須設(shè)置變頻器參數(shù)，通過(guò)編程器以RS232接口串接參數(shù)讀寫模板來(lái)進(jìn)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(jī)作為監(jiān)控設(shè)備，監(jiān)控組態(tài)軟件wincc。為了完成系統(tǒng)監(jiān)控下列項(xiàng)目是必須的。 6.1 添加SIMATIC S7通訊協(xié)議 在正確安裝網(wǎng)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(shè)置 選擇ＴＣＰ／ＩＰ通訊協(xié)議，右鍵“System parameter”，在窗口“Logical device name”項(xiàng)目中選擇cp5613；選擇ＴＣＰ／ＩＰ通訊驅(qū)動(dòng)，右鍵“New Driver connection”，建立一個(gè)新的連接，在對(duì)話框中添加需要訪問(wèn)的cpu地址（Station Address）和槽號(hào)（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(kù)資源或者導(dǎo)入自己設(shè)計(jì)好的圖片作為人機(jī)界面；分組變量，根據(jù)Tag和項(xiàng)目在PLC中相應(yīng)的關(guān)系，對(duì)其變量屬性進(jìn)行設(shè)置，通過(guò)Wincc內(nèi)部函數(shù)GetTag和SetTag實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換，當(dāng)相應(yīng)的信息變化時(shí)候，系統(tǒng)做出回應(yīng)，如顏色的變化，數(shù)字的改變，報(bào)警等等。本系統(tǒng)對(duì)與變頻器對(duì)應(yīng)的輥道設(shè)置了三種狀態(tài)，以不同顏色標(biāo)識(shí)：前進(jìn)（綠色），后退（黃色），故障（紅色）。當(dāng)紅色報(bào)警出現(xiàn)時(shí)候，畫面下方會(huì)出現(xiàn)相關(guān)的信息條目，信息實(shí)施刷新。可通過(guò)信息記錄或報(bào)警記錄來(lái)確定是哪個(gè)報(bào)警信息，這些信息包括：變頻器跳，馬達(dá)溫度高，冷卻水溫度高報(bào)，馬達(dá)開關(guān)關(guān)，通訊故障。如圖7，圖8 7、系統(tǒng)維護(hù) 維護(hù)人員根據(jù)Wincc畫面信息了解變頻器狀態(tài)并作出相應(yīng)的處理。另外對(duì)與現(xiàn)場(chǎng)級(jí)可通過(guò)變頻器的狀態(tài)了解變頻器本身及電動(dòng)機(jī)的狀態(tài)。西門子變頻提供了三種手段來(lái)了解上述信息。 7.1 通過(guò)SDP（基本狀態(tài)模板） SDP上下兩個(gè)狀態(tài)顯示led燈來(lái)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(guān)信息 在BOP分別Axxx和Fxxx表示報(bào)警信息和故障信息。在實(shí)際的維護(hù)中經(jīng)常能遇到的一些信息及常見(jiàn)處理辦法，如下表2： 7.3 利用高級(jí)操作面板（AOP）。 AOP設(shè)有的報(bào)警屏幕，當(dāng)變頻器出現(xiàn)故障或者變頻器網(wǎng)絡(luò)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(shí)別號(hào)；故障碼；說(shuō)明故障狀態(tài)的解釋文本。 利用AOP可以查看變頻器和電動(dòng)機(jī)的工作狀態(tài)信息，如輸出電流，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)數(shù)，直流回路的電流電壓等等，為分析故障原因帶來(lái)方便，具體細(xì)節(jié)可查找相關(guān)手冊(cè)。 8、結(jié)束語(yǔ) Profibus—DP總線技術(shù)以其高速率，穩(wěn)定性好，擴(kuò)展性好，經(jīng)濟(jì)性在實(shí)際應(yīng)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(lái)了便利，其與變頻器的友好訪問(wèn)接口及軟件給維護(hù)帶來(lái)高效率，為保證生產(chǎn)贏得寶貴時(shí)間。 第一作者簡(jiǎn)介：姜德敬，男，1979年生，遼寧人，本科畢業(yè)，自動(dòng)化學(xué)士，現(xiàn)在邯鋼連鑄連軋廠從事plc及現(xiàn)場(chǎng)電氣維護(hù)工作。 參考文獻(xiàn)： [1].SIMATIC HMI基于WINDOWS的系統(tǒng)用戶手冊(cè)。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(biāo)準(zhǔn)銷售工程師手冊(cè)，2004年3月。 [4].WINCC控制中心手冊(cè)，1997年8月版。 [5]. 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