基于Profibus—DP的西门子PLC与ABB变频器之间的数据通讯
摘要：：本文介绍西门子SIMATIC S7-300系列PLC与ABB ACS550系列变频器通过Profibus—DP现场总线的数据通讯。主要讨论了系统配置及通讯协议、STEP7编程软件环境下的系统硬件组态及通讯编程和变频器运行参数设置等关键技术环节。该网络模型和硬件配置在我司地铁项目和其他工业传动控制领域均得到了广泛的应用。
关键词：：S7-300PLC；ABB变频器；Profibus-DP现场总线；数据通讯；通讯协
议；系统组态
Date Communication Between Siemens PLC and ABB Frequency Converter Based on Profibus—DP
Abstract：A data communication with Profibus—DP between SIMATIC S7-300 series PLC and ABB ACS550 series Frequency Converter(FC) is discussed in this paper．The key technological points are focused such as the system configuration and communication protocol，the hardware configuration，communication programming and the FC parameters setting under STEP7 software programming environment．
Keywords：S7-300 PLC；ABB Frequency Converter; Profubus-dp Fieldbus；Data Communication；Communication Protocol；System Configuration 1． PROFIBUS网络简介
Profibus是目前工控系统中最成功的现场总线之一，得到了广泛的应用。它是不依赖于生产厂家的、开放式的现场总线，各种各样的自动化设备均可通过同样的接口协议进行信息的交换。PROFIBUS协议包括三个主要部分：
⑴ PROFIBUS-DP（Decentralized Periphery分布式外围设备），主要侧重于
工厂自动化，它使用的是RS485传输技术；
⑵ PROFIBUS-PA（Process Automation 过程自动化），典型的使用MBP-IS
传输技术，扩展的Profibus-DP，适用于过程自动化，PA将自动化系统和过程控制系统与压力、温度和液位变送器等现场设备连接起来，用来替代4~20MA的模拟技术；
⑶ PROFIBUS-FMS（Fieldbus Message Specification 现场总线报文规范），适用于解决车间监控级通信。在这一层，中央控制器（例如PLC 、PC等）之间需要比现场层更大量的数据传送，但通信的实时性要求低于现场；
2．系统配置及通讯协议 (1)系统配置
该系统使用西门子公司S7-300系列的PLC和ABB公司ACS 550系列变频器来实现全数字交流调速系统在Pr0fibus—DP网中的通讯及控制。变频器需要加装RPBA01通讯模块，RPBA01是与ABB变频器配套的通讯适配器。编程软
件为STEP7V5．4中文版软件，用于对S7－300 PLC编程和对Profibus—DP网进行组态和通讯配置。
(2)通讯协议
在本系统中，西门子S7－300 PLC作为主站，变频器与RPBA01通讯适配器模块相连，接人Profibus－DP网络中作为从站，主站向变频器发送运行指令，同时接受变频器反馈回来的运行状态及故障报警状态的信号。
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消息类型，包括参数值PKW及过程数据PZD，ABB ACS550系列变频器共有五种PPO类型可供选择。本文选择PPO4这种类型，共6个字的数据交换区，其中包含2个控制字（PKW）和4个状态字(PZD)。控制字（PKW）是变频器运行时要定义的参数，如启动信号、给定频率等；过程数据（PZD）是变频器运行过程中要返回给PLC的一些参数，如频率给定值、速度反馈值、电流反馈值等。
3 .STEP7编程软件环境下的系统硬件组态及通讯编程
(1) 使用STEPTV5．4版编程软件，进入Hardware Configure完成S7-300
PLC(315-DDP)的硬件组态：
(2) 选定315-DDP为主站系统，将RPBA01的GSD(设备数据库)文件(文件名为ABB_0812.GSD)导人STEP7的编程环境中，软件组态RPBA01到以315-DDP为主站的DP网上，并选定使用的PPO类型（PPO4），设定站点网络地址,保存编译并退出Hardwre Configure环境。
(3) 在主PLC程序中建立两个数据块DB1和DB2：DB1用来发送控制数据给变频器，DB2用来保存从变频器读回来的状态信息；在OB1中分别调用系统功能SFC14和SFC15，设置好相关的通讯地址和参数；
⑷ 在主PLC程序中建立一个变量表并填入DB1和DB2中的相关数据地址，用来监控通讯数据；
4．变频器运行参数设置
变频器与PLC用Profibus—DP现场总线连成网络后，除在PLC自动化系统中进行编程外，在变频器上也要进行适当的参数设置。除常用的参数外，基本的通讯参数设置如下： (1) 51．01＝1 模块类型，本参数显示由传动装置探测到的模块型号。其参
数值用户不可调整。如果本参数没有显示模块型号，则不能在模块与传动之间建立通讯。
(2) 51.02＝10 本参数设置DP通讯地址，必须与PLC硬件组态的地址一样，
否则将无法建立通讯连接
(3) 51.03＝1500 本参数设置通讯波特率，1500为1.5M (4) 51.04=4 本参数设置PPO类型，要与STEP7中配置硬件时设置的一致，否
则将无法建立通讯连接
5．变频器控制
(1)变频器的启动停止
PKW的第一个字为控制字，用来控制变频器的启动和停止。通过网络通讯来控制变频器的起停与非网络控制方式有所不同，非网络控制变频器起停只需
要一个启动或停止命令即可，而用网络控制时需要先后发送两个控制命令，第一个为变频器的“准备信号”，收到这个信号变频器便处于“软合闸”等待状态，并不运行；第二个命令为启动信号，收到这个命令后变频器才会按照给定的频率开始运行。 (2)频率给定
PKW的第二个字为频率给定，变频器的频率就是通过这个字来设置的，其对应关系为十进制0～20000对应频率0～50 HZ，线型的对应关系。例如需要变频器运行于25HZ,给定值应为10000；需要变频器运行于35HZ,给定值应为14000；需要变频器运行于50HZ,给定值应为20000。 (3)状态字PZD的应用
PZD状态字和PKW控制字有所不同，PKW控制字是固定的，不可更改，PPO4模式中第一个PKW为控制字，第二个PKW为频率给定；PZD状态字则是非固定的，需要自己定义，PZD状态字可以反映出变频器的：本地/远程模式、变频器的当前电流、变频器的输出电压、变频器的连续运行时间、电机的实际转速（R/MIN）等等实际运行参数，需要什么参数就定义什么参数，通过PLC程序中调用SFC14读回即可，非常灵活。
6 .结束语
PLC和变频器控制系统采用了Profibus—DP现场总线控制模式后，不但整个系统接线简单，而且运行稳定，操作简便，反馈的信息全面，可实时掌握电机的各种状态信息，可根据现场的工艺要求在后台随时修改参数，大大减少了人力和物力资源，真正实现了“分散控制，集中管理”。
参考文献 ⑴． 西门子STEP7 5.4编程手册 ⑵． ABB ACS550变频器使用手册 ⑶． ABB-RPOFIBUS适配器模块RPBA01用户手册
一．PROFIBUS-DP现场总线控制器（如PLC或DCS系统）的设置: 第一步：安装ABB变频器GSD文件 ABB_0812.GSD；
第二步：在系统PROFIBUS-DP硬件配置的中添加从站ABB Drives RPBA-01 站号为2（或其它地址号）,插入PPO Type Module为4； 第三步：在2号从站的参数设置中，将Operation Mode改为Vendor Specific（即ABB传动协议）； 第四步：其它为默认配置； 第五步：将配置下载到主站中。
通过以上几步的设置，主站对从站2的输出区（OUTPUT）的数据结构为： Output的第一个字是用于ABB传动通信协议的控制字CW；Output的第二个字是变频器的给定值REF1；Output的第三个字是变频器的给定值REF2；Output的第四个字是变频器的给定值REF3（由ACS800变频器参数90.01决定）；Output的第五个字是变频器的给定值REF4（由ACS800参数90.02决定）；Output的第六个字是变频器的给定值REF5（由ACS800参数90.03决定）。
主站对从站2的输入区（INPUT）的数据结构为：
Input的第一个字是用于ABB传动通信协议的状态字SW；Input的第二个字是变频器的实际值ACT1（由ACS800参数92.02决定）；Input的第三个字是变频器的实际值ACT2（由ACS800参数92.03决定）；Input的第四个字是变频器的实际值ACT3（由ACS800参数92.04决定）；Input的第五个字是变频器的实际值ACT4（由ACS800参数92.05决定）；Input的第六个字是变频器的实际值ACT5（由ACS800参数92.06决定）
二．ACS800参数的设置步骤：
第一步：将ACS800变频器Profibus适配器模块安装到变频器上； 第二步：按照适配器模块的用户手册调整硬件（如站号，终端电阻等） 第三步：将参数98.02（Comm.Module Link）改为FIELDBUS；确定参数98.07（COMM PROFILE）为ABB DRIVES
第四步：修改51组参数。将参数51.04（PPO type）改为PPO4；将参数51.05（PZD3 OUT）改为3；将参数51.06（PZD3 IN）改为6；将参数51.07（PZD4 OUT）改为7；将参数51.08（PZD4 IN）改为10；将参数51.09（PZD5 OUT）改为8；将参数51.10（PZD5 IN）改为11；将参数51.11（PZD6 OUT）改为9；将参数51.12（PZD6 IN）改为12；
第五步：变频器中其他组参数组，如10组、11组、16组，90组、92组等根据用户的不同要求设置。
三．用ABB传动通信协议的控制字CW控制电机起停的简易方法 1．初始化变频器控制字CW，即向ABB传动通信协议的控制字CW中写入1142（16进制数为476）； 2．延时100毫秒后，进入步骤3；
3．停止电机，即主机向ABB传动通信协议的控制字CW中写入1143（16进制数为477）；
3．启动电机，即主机向ABB传动通信协议的控制字CW中写入1151（16进制数为47F）；
四．现场总线给定值的比例换算
在使用ABB Drives通讯协议时，现场总线给定值REF1和REF2按以下比例进行换算：
REF1用于Speed和Frequency的给定，比例换算为20000=[参数11.05]；0＝[参数11.04]；-1=-[参数11.04]；-20000=-[参数11.05]。
REF2用于Speed和Frequency的给定时，比例换算为20000=[参数11.08]；0＝[参数11.07]；-1=-[参数11.07]；-20000=-[参数11.08]。
REF2用于Torque给定时，比例换算为10000=[参数11.08]；0＝[参数11.07]；-1=-[参数11.07]；-10000=-[参数11.08]。
REF2用于PID给定时，比例换算为10000=[参数11.08]；0＝[参数11.07]；-1=-[参数11.07]；-10000=-[参数11.08]。