摘要：本文分析现场总线技术的特点，介绍了一种以西门子mm440为驱动功率单元的传动控制系统。通过网络组态，通讯设置，画面生成完成对系统的构建，文章末尾介绍系统维护的相关事项。
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.
关键词： 现场总线 Profibus-DP plc 变频器 Wincc
Keywords: Profibus-DP fieldbus plc inverter Wincc
1、前言
随着微处理器的技术发展和广泛的应用，原来由主控计算机完成的一些任务被分散到了控制对象当中，出现了智能化设备。智能化设备实现了信息采集、显 示、处理、传输以及优化控制等功能与一身。二是计算机在速率、稳定性、可靠性等性能的不断提高，为主控计算机与设备之间高速度的、高精度的、高稳定性的、 高可靠性的及其便利的操作性和维护性带来可能，从而催生了现场总线技术。如今以数字信号为传输特征的分布式控制系统（DCS， Distributed Control System分布式控制系统）代替以模拟信号为传输特征的集中控制系统已是大势所趋。
虽然现场总线发展至今已有二十多年的历史，但尚未形成统一的标准。绝大部分市场仍由几大知名厂商占据。其中PROFIBUS以Siemens公司 为主要支持者，并成立了WorldFIP国际用户组织。本文就是以西门子公司plc及变频器为相关设备的现场总线应用。
2、Profibus-dp结构与技术特点
Profibus是一种成熟的有着广泛客户支持的现场总线技术，业也成为德国国家标准DIN19425和欧洲标准EN50170，广泛的应用于制造业自动化控制，过程控制，楼宇自动化，交通，发电与输配电等领域。
Profibus是以ISO7498为基础，以开放式系统互连网络OSI（open system interconnection）作为参考模 型，定义了物理传输特性，总线存取协议和应用功能。由于只采用物理层，数据链路层DDLM，和应用层，所以成就了它的高速性和经济性。Profibus由 三个族系构成，profibus-DP（ Decentralized periphery分布I/O系统），Profibus-PA （Process automation 现场总线信息规范），Profibus –FMS （ Fieldbus Message Specification，过程自动化）。Profibus-PA专为过程控制而设计。Profibus- FMS应用与车间级监控网络，是一个令牌结构实时多主网络。而本系统采用的Profibus-DP是一种高效的，经济的，用于控制系统与分散式IO设备之 间的通讯。使用Profibus-DP模块取代24伏或4-20毫安的串联式信号传输。直接数据链路层DDLM提供的用户接口，使得对数据链路层的存取简 单方便，是一种优化了的设计。传输介质可以采用RS-485传输通讯电缆或光纤，出于钢铁公司现场环境和工艺对数据速率的要求及经济考虑，本系统采用的是 RS-485电缆。
3、传动系统介绍及构成
本系统是邯钢连铸连轧厂热板坯生产线系统的一部分，隶属加热炉系统。连铸连轧薄板坯生产线系统主要由四个重要区域组成，连铸区，加热炉区，轧制 区，卷曲区。加热炉区负责两相任务，一是把连铸出来的坯子加热到工艺要求的相应温度，这项任务由温度控制系统完成；二是把热板坯传送进入轧机并相应达到轧 机要求的入口速度，此项任务由传动系统来完成。传动系统要接受两个接口的信息来确定所采取的动作，一是连铸机要询问加热炉内坯子的占有情况并做出相应处 理；二是当轧机需要坯子时，需要询问加热炉坯子所在的位置，加热炉作出回应，加速或减速辊道电机。坯子的位置通过系统计算和光电管检测修正来确立。系统基 本原理流程如图1：


图1 传动系统原理图
4、网络硬件及组态
系统由S7416-2D接IM467接口模板作为Profibus-DP的主站，接CBP模板的mm440作为Profibus的从站，PG（编 程器）/PC以网卡cp5611，S7416-2DP以MPI接口互连与MPI网络，PG得以访问S7416-2DP，修改，监视变量。S7416- 2DP以CP433-1通讯网卡，HMI计算机以网卡cp1613互连与工业以态网络。PLC通过IM467接口模板接Profibus通讯电缆 RS485，终端通过连接器与变频器的CBP模板连接，构成现场总线传动控制系统。S7416-dp通过Profibus-DP协议发送控制字给变频器和 读取变频器的状态，以实现对三相异步电动机的控制与状态的读取。网络结构如图2：其中Temp- control为温度控制系统PLC。


图2 网络构成
组态由软件step7来完成，在SIMATIC MANAGER建立项目，插入主站s7400，在HW config进行组态，按照定货号和硬件 安装顺序依次插入机架，电源，cpu，接口模块等。为IM467建立新的Profibus网络，添加变频器，选择PPO类型，设置IM467为DP主站， 变频器为DP从站，在相关属性中设置地址。组态如图3：


图3 DP从站组态
5、DP从站配置
5.1 通讯报文结构及选型
主站与从站的通讯报文结构由协议帧头、中间数据区、协议帧尾组成。变频器作为通讯从站在中间数据区定义了通讯用的PPO类型， PPO类型由两 部分组成：PKW和PZD.。PPO类型是各大知名厂商为了支持传动驱动设定的行业规范，以达到驱动装置的互换性，目前PPO类型一共有五种，PPO1- PPO5。mm440只支持两种PPO类型：PPO1型和PPO3型，对本系统的多变频器控制也可以选择PPO2型，其结构如图4：


图4 PPO类型
其中图5中，每个一个绿色方块均代表一个字的空间，其中ppo1型通讯报文六个字（4PKW+2PZD），ppo2型通讯报文两个字 （2PZD），ppo2型通讯报文十个字（4PKW+6PZD）。图中各标识的含义：PKW，参数标识符；PZD，过程数据；PKE，参数标识符； IND，索引；PWE，:参数值；STW，控制字；ZSW，状态字；HSW，主设定值；HIW，主实际值。PKW当中包含一些读写请求，有无数据分组，参 数号，分组代码等相关信息。当PLC 输出，第一个字为控制字STW，第二个字为主设定值HSW。当PLC 输入，第一个字为状态字ZSW，第二个字为运 行反馈值HIW。
5.2 变频器通讯地址设置
西门子变频器的通讯地址除了硬件组态度中设置之外，还可通过现场通讯模板dip开关或者参数P918来设置。DIP开关具有比P918更高的优先级。DIP有七个开关，从左到右为1-7，1为最低位，7为最高位，有效范围1—125。
5.3 信息的存储发送及读写
PLC与变频器之间的信息的传输通过I/Q过程映象区来完成，每个变频器对应独立的区，长度与PPO类型的选择有关，本系统选择PPO2型，十个字二十个字节，配置可以在属性中进行，如图5：
读写信息需要调用特殊功能块，STEP7 V5.1有两个SFC块“DPRD_DAT”和”DPWR_DAT”，应用DP通讯传输命令 “DPRD_DAT”和”DPWR_DAT”把数据传输到变频器的通讯区PZD数据区PIW内，同时把变频器的PZD数据区PQW数值读到 PROFIBUS-DP传输的DB块中,通讯例程如下：
CALL "DPRD_DAT"；调用DP 读命令
LADDR=W#16#200；起始地址如图6（512十六进制为200h）
RECORD：= 数据块中定义的PZD数据区对应的数据地址
RET_VAL：= 程序块的状态字，以编码形式反映程序的错误；
CALL "DPWR_DAT" ；调用DP 写命令；
LADDR：=W#16#200 ；起始地址；
RECORD：= 数据块中定义的PZD数据区对应的数据地