6ES7215-1AG40-0XB0全新原装

介绍了西门子s7-300plc与abb acs800系列变频器之间的通讯，给出了具体的通讯协议、以垃圾渗滤液曝气池罗茨风机为例，对解决的关键技术问题和解决思路作了阐述。

关键词变频器 现场总线 profibus-dp plc

1、引言

profibus-dp中的dp即decentralized periphery，它具有高速低成本，用于设备级控制系统与分散式i/o的通信。它与profibus-pa（process automation ）、profibus-fms (fieldbus message specification )共同组成了profibus标准，适用于系统和外部设备之间的通信。profibus-dp现场总线系统可使许多现场设备（如plc、智能变送器、变频器）在同一总线进行双向多信息数字通讯，因此可方便地使用不同厂家生产的控制测量系统相互连接成通讯网络。本文以垃圾渗滤液处理系统为列，就生化系统采用西门子s7-300 plc和abb公司的acs800变频器实现网络通讯，通过网络通讯技术完成曝气池罗茨风机传动设备的控制。

2、系统硬件设计

该系统以西门子simatic s7 cpu315-2dp作为主站，abb变频器acs800为从站，实现全数字交流调速系统在profibus-dp网中的通讯及控制。系统profibus-dp网络配置图如图1所示。

图 1系统profibus-dp网络配置图

编程软件为step7 v5.5软件，用于对s7-300 plc编程和对profibus-dp网进行组态和通讯配置,上位机监控计算机与plc间采用profibus-dp的通讯方式。

rpba-01为与变频器配套的通讯适配器,插在abb变频器的插槽1内，其中s1为总线终端器选择开关,总线终端器可以防止总线电缆端的信号反射，如果模块是网络中后一个模块或是个模块，总线终端器必须设置为on ，若使用profibus 带内置终端器的d-sub 连接器时，必须断开 rpba-01终端器；s2为dp地址十位,s3为dp地址个位，如地址为26，则s2拨到2，s3拨到6，在操作时，可以改变节点的地址，但是模块必须重新初始化才能使改变生效。

3、系统通讯协议设计

profibus 是一种开放式串行通讯标准，该标准可以实现数据在各类自动化元件之间互相交换，用于现场层的高速数据传送。主站周期地读取从站的输入信息并周期地向从站发送输出信息。总线循环时间必须要比主站（plc）程序循环时间短。除周期性用户数据传输外，profibus-dp还提供智能化设备所需的非周期性通信以进行组态．诊断和报警处理。

①传输技术：rs－485双绞线．双线电缆或光缆。波特率从9.6k bit/s到12m bit/s。总线电缆的大长度在100～1200 米范围内，具体长度取决于所选的传输速率。

②总线存取：各主站间令牌传递，主站与从站间为主－从传送。支持单主或多主系统。总线上多站点（主－从设备）数为126。profibus的理论地址范围：0~127（127为广播地址）。多可用32个主站，总的站数可达127个（多主）。

③通信：点对点（用户数据传送）或广播（控制指令）。循环主－从用户数据传送和非循环主－主数据传送。

④运行模式：运行．清除．停止。

⑤同步：控制指令允许输入和输出同步。同步模式：输出同步；锁定模式：输入同步。

⑥功能：dp主站和dp从站间的循环用户有数据传送。各dp从站的动态激活和可激活。dp从站组态的检查。强大的诊断功能，三级诊断诊断信息。输入或输出的同步。通过总线给dp从站赋予地址。通过部线对dp主站（dpm1）进行配置，每dp从站的输入和输出数据大为244字节。

⑦可靠性和保护机制：所有信息的传输按海明距离hd=4进行。dp从站带看门狗定时器（watchdog timer）。对dp从站的输入/输出进行存取保护。dp主站上带可变定时器的用户数据传送监视。

⑧设备类型：第二类dp主站（dpm2）是可进行编程．组态．诊断的设备。类dp主站（dpm1）是中央可编程控制器，如plc．pc等。dp从站是带二进制值或模拟量输入输出的驱动器．阀门等；同时也可以是智能从站，即从站支持可编程，一般智能从站即另外一个plc主机。

rpba-01 profibus-dp 适配器模块只支持profibus-dp 协议； profibus-dp通讯协议的数据电报结构分为协议头、网络数据和协议层。网络数据即ppo包括参数值pkw及过程数据pzd。参数值pkw是变频器运行时要定义的一些功能码如正反转命令源，给定值的命令源等;过程数据pzd是变频器运行过程中要输入/输出的一些数据值，如频率给定值、速度反馈值、电流反馈值等。profibus-dp共有5种类型的网络ppo。

通讯协议设计为主/从方式，s7-300 plc作为主站，变频器作为从站，主站向变频器传送控制指令，同时接受变频器反馈的运行状态及运行参数。变频器与rpba-01通讯适配器模块相连，接入profibus-dp网中作为从站，接受从主站simatic s7-315-2dp发来的控制。rpba-01通讯适配器模块将从profibus-dp网中接收到的过程数据存入双向ram中，变频器将ram中的数据写入控制字、设定值或读出实际值、诊断信息等参量，从而使变频器能够按照计算机指令运行。

4、系统step7软件设计

step7软件设计主要包括项目系统组态及通讯编程：

（1）使用step7v5.5组态软件，进入hardware configure，将rpba-01的gsd（设备数据库）文件导入step7的编程环境中，点击options-install gsd file 将abb变频器的gsd文件导入step7中，如图2左边所示，导入成功后如图2右边所示，gsd文件可从www.profibus.com或从abb网站下载，文件名为abb_0812.gsd。

图2 abb变频器gsd文件导入图

（2）选定s7-315-2dp为主站系统，默认地址为2，将abb的rpba-01组态到s7-315-2dp为主站的dp网上，并选定使用的ppo类型，在这里使用ppo4，设定站点网络地址为4，如图3所示,然后编译存盘。

图3 系统网络组态图

（3）plc主机从从站读取输入信息并把输出信息反送给从站，因此在plc主程序ob1中调用两个系统功能块sfc14和sfc15来读写这些数据，实现与变频器的通信控制，并在plc程序中建立一个数据块db10，可以通过控制字来实现传动设备的控制，用于变频器的数据通信，通讯程序集通讯数据如图4所示。

图4 通讯程序和通讯数据图

5、变频器运行设置

通讯电缆联接后，启动变频器，完成对变频器通讯参数的设置，主要是abb drives profile(vender-specific)with ppo相关参数的设置。比如通讯类型、通讯地址、波特率、ppo类型等的设置。

6、结束语

abb变频器与s7-300plc的连接已基本建立，通过plc编写程序来控制变频器的启、停、速度给定等各项功能，来满足工艺要求；同时也可以读取变频器数据在上位机进行显示，达到在线监视和诊断的目的，变频器控制系统采用了profibus-dp现场总线控制模式后，整个系统的可靠性得到增强、数据传输速度得到提升，操作简便，而且可根据工艺需要进行灵活的功能修改。此技术解决方案在垃圾渗滤液系统工程曝气风机变频器通讯控制中已得到很好的应用，节约了成本，提高了节能效益和经济效益。

plc基本指令如表所示
　
　

一、标准触点 LD、A、O、LDN、AN、ON、
LD，取指令。表示一个与输入母线相连的常开接点指令，即常开接点逻辑运算起始。
LDN，取反指令。表示一个与输入母线相连的常闭接点指令，即常闭接点逻辑运算起始。
A，与指令。用于单个常开接点的串联。
AN，与非指令。用于单个常闭接点的串联。
O，或指令。用于单个常开接点的并联。
ON，或非指令。用于单个常闭接点的并联。
       二、正、负跳变 ED、EU
ED，在检测到一个正跳变（从OFF到ON）之后，让能流接通一个扫描周期。
EU，在检测到一个负跳变（从ON到OFF）之后，让能流接通一个扫描周期。
 三、输出 =
=，在执行输出指令时，映像寄存器中的指定参数位被接通。
四、置位与复位指令S、R
S，执行置位(置1)指令时，从bit或OUT指定的地址参数开始的N个点都被置位。
R，执行复位(置0)指令时，从bit或OUT指定的地址参数开始的N个点都被复位。
置位与复位的点数可以是1-255，当用复位指令时，如果bit或OUT指定的是T或C时，那么定时器或计数器被复位，同时当前值将被清零。
五、空操作指令NOP  
NOP指令不影响程序的执行，执行数N（1-255）。