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時間:2013-02-18 來源:未知作者:admin 點擊:3860次

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1 引言

變頻器由于其應用簡便和性能可靠，已成為工業傳動裝置中首選的電機控制器，現代變頻器采用微計算機數字控制技術構成，并提供了標準的工業通訊接口和內置協議（如profibus、cclink等），為變頻器的遠程監控提供了必要的基礎。

profibus-dp做為現場總線profibus標準中一種，是一種高速（數據傳輸率為9.6kb/s～12mb/s）、經濟、可靠的現場級網絡，已經在工業控制得到了廣泛的應用。

本文以三菱公司的fr-a740變頻器為基礎，研究了simenz s7-300 plc與fr-a740在profibus-dp網絡中通訊的實現，它在筆者所參與的胎面擠出生產線中得到了實踐論證。為后續建立變頻器的集中監控打下了基礎。

2 基于profibus-dp控制系統結構的構建

fr-a740與profibus-dp網絡的連接是通過安裝a7np通訊卡來實現的，其典型配置如圖1所示，我們可以把系統分為三層結構，分別為監控層、控制層、執行層。ipc作為監控層，采用mcgs組態軟件，用于對系統進行監控，plc做為控制層，它作為工控機與變頻器之間的橋梁，一方面，它對變頻器進行控制，另一方面將生產線上信息（如變頻器的速度、報警等）傳達給工控機，其中ipc與plc采用mpi（multipoint interface）。變頻器作為執行層，將plc下達的指令執行，實現對電機的控制。

圖1 基于profibus-dp控制系統結構圖

3 變頻器數據通訊的實現

3.1 參數設置

在進行設備通訊之前，必須對變頻器的相關參數進行設置，首先在a7np卡上設置網絡節點地址，必須要與step 7硬件組態中設置的地址完全一致，這個設置主要通過a7np上sw3，sw1兩個旋鈕開關來調節的，另外其他主要參數設置如表1所示，它們是在fr-a740的操作面板設置的。

3.2 profibus通訊協議

對于調速驅動裝置，根據變速驅動行規，在周期型通道中傳輸的數據結構被定義為參數過程數據對象pp0(parameter process object)。這個通道經常被稱為標準通道，其中包含有用的用戶數據。可用的數據結構分為兩個部分且能用報文分別傳送：過程通道pzd部分、參數通道pkw部分，具體的協議報文結構如圖2所示。

圖2 profibus-dp報文中有效的數據結構

變速驅動行規對ppo的結構、長度作了更具體的規定，常用的參數過程數據對象ppo一共有5種類型，按照可用數據有無參數通道及過程通道的數據字的多少來劃分：

(1)可用數據有數據區而無參數區，有兩字或六個字的過程數據，如ppo3和pp04。

(2) 可用數據有參數區和數據區，且有兩個字、六個字或是個字的過程數據，如ppo1、ppo2、ppo5。常用的ppo類型如表2所示。選用那種類型的 pp0，取決于在硬件組態中的設置。過程數據在傳動系統中總是以最高優先級進行傳送和處理，它主要傳送傳動裝置的狀態信息和控制信息。參數數據運行存取傳動系統的所有參數。因而，它能夠在不影響過程數據傳輸性能的情況下，從上一級系統調用參數值、診斷值、故障信號等。

pkw 區說明參數數值（pkw）的數據接口處理方式。pkw接口并非物理意義的接口，而是一種通訊機理。這一機理確定了參數在兩個通訊伙伴之間(如plc和變頻器之間)的傳輸方式。pkw參數區一般包含4個字。前兩個字（pke和ind）的信息是關于主站請求任務（任務識別標記id）和從站應答響應（應答識別標記id）的報文。pkw的后兩個字（pwe1和pwe2）用來讀寫具體的參數數值。

pkw參數通道的第一個字是參數標識符pke。位0到10（pnu）包括所請求的參數號，它決定所要執行的參數讀寫任務訪問的是數組參數中的哪一個元素。位11（spm）是用來參數變更報告的觸發位。位12到位15（ak）包括任務標識id和應答標識id.

pkw參數通道的第二個字變址ind的位12到15位是參數號pnu的擴展頁號，它和參數標識符基本參數號pnu共同產生完整的傳動裝置參數號。變址ind的0到7位為帶數組的參數尋址提供數組下標，決定訪問數組參數的哪一個元素。

第三和第四字為參數數值（pwe）。參數值總是以雙字來傳送，在ppo報文中，一次只能傳送一個參數值，由pwe1(高位字)和pwe2（低位字）共同組成一個32位參數數值。當用pwe2傳送一個16位參數值，必須在dp主站中設置高位字pwe1為零。

利用pkw參數通道修改驅動裝置參數必須遵守以下規則：

（1）一個任務或一個應答僅能涉及一個參數。

（2）主站必須重復地發送任務報文直到從從站那里得到相應的應答報文。主站通過對應答識別id、參數號、變址下標和參數值的處理識別任務的應答。

（3）完成的任務必須送出一個報文，對于應答也一樣。

（4）在應答報文中重復的實際值總是當前的最新值。

（5）如果在周期工作中不需要pkw參數通道的信息而只需要pzd過程通道的信息，則任務id被發布為“無任務(用0表示)”。

過程通道pzd區是為監測和控制調速驅動裝置而設計的，在dp 主站和從站中收到的pzd報文總是以最高的優先級處理，即處理pzd過程通道的優先級高于處理參數通道pkw的優先級，而且pzd過程通道總是傳送調速驅動裝置上當前最新的有效數據。通常dp主站給傳動裝置的任務報文中，第一個pzd字為控制字，第二個字為主設定值；傳動裝置給dp主站的響應報文中，第一個pzd字為狀態字，第二個字為主實際值。

本文中fr-a740采用pp03的數據傳輸結構，即使用過程通道（pzd）控制和監測變頻器的工作，而沒有使用參數通道（pkw）修改變頻器的內部參數。pp03的數據結構如表3所示。

主站給fr-a740的pzd任務報文的第一個字pzd1是變頻器的控制字(stw)，其每一位的含義如表4所示。

對于變頻器收到的控制字，其中位10必須設置為1。如果位10是0，變頻器將以從前的控制方式繼續工作。主站給變頻器的pzd任務報文的第二個字pzd2字是變頻器的主設定值（hsw）,即主頻率設定值，以十六進制發送，最小單位是0.01hz。

變頻器給主站的pzd應答報文的第一個pzd字是變頻器的狀態字（zsw）,其每一位的含義如表5所示。pzd應答報文的第二個字是主要的運行參數實際值（hiw）。通常，把它定義為變頻器的實際輸出頻率。

4 plc程序的編寫

在編寫變頻器通訊程序時，首先應該讀取變頻器的狀態字，判斷變頻器是否準備就緒，如果沒有就緒則判斷是否存在故障，若有故障要判斷故障的類型，給出相關的故障提示信息。然后根據操作指令組裝控制字，設定主頻率值，同時實時讀取從站的應答報文，完成運行狀態的在線顯示。其程序結構框圖如圖3所示。

圖3 變頻器通訊程序流程圖

plc 作為總線主站讀pzd應答報文是通過調用s7系統功能sfc14(dprd_dat)來實現，sfc14用于從一個標準的profibus-dp從站讀取一串連續的數值，讀取數值的長度取決于cpu的類型，它有三個形式參數：dp從站的讀數據區的首地址、存放數據變量的首地址、存放錯誤代碼的地址。若能正確讀取數據，錯誤代碼返回0000(hex);若讀取出錯，錯誤代碼為非零值。同理，寫pzd報文是通過調用系統功能sfc15(dpwr_dat)來實現的，它也有三個入口參數：dp從站寫數據區的首地址、存

放待寫入數據變量的首地址、存放錯誤代碼的地址。若正確寫人，錯誤代碼返回0000（hex）;若寫入出錯，錯誤代碼為非零值。以下是部分程序代碼。

call "dprd_dat" //調用sfc14 讀取pzd應答報文

laddr :=#addres_iw //dp從站讀數據區的首地址

ret_val:=#error_code_i

-n//存儲錯誤代碼的返回變量

record :=#bpq_in //存放應答報文的首地址

l w#16#f

l #bpq_in.state_pzd[1] //pzd1字

aw //判斷變頻器是否就緒

jn nr //沒有準備就緒

clr

= #fault //清內部故障標志位