制系统，通过S7-400与工业以太网上的工程师站或操作员站进行通讯，上位机通过软件设计编程可以实现对电动机进行实时远程监控。S7-400与PROFIBUS-DP总线进行通讯，再通过变频器对电动机进行开环闭环变频调速等控制，编程站和人机交换界面-触摸屏通过Profibus-DP总线进行通讯，在编程站编写好程序，写入S7-400和S7-300中，我们可以通过操作员站，也可以通过触摸屏来实现对电动机的各项远程监控操作。而变频器通过COMBIT MASTER CB15或COMBIMASTER CB155通讯口来实现与Profibus-DP总线相连。输入/输出信号在PLC接线端子上的地址分配是进行PLC控制系统设计的基础。对软件来说，I/O地址分配以后才可进行编程；对控制柜及PLC的外围接线来说，只有I/O地址确定以后，才可以绘制电气接线图、装配图。
2.2 主电路的设计
本课题设计的变频调速系统单元，采用交流变频调速，通过控制变频器来实现三相异步电动机的开闭环、正反转和快慢速的转换。其具体工作过程如下：
从电网上接入380V交流三相电源，首先通过一个空气开关作为漏电保护，然后接入三个熔断器作为过流保护。电动机三相U、V、W接在变频器的输出端口，输入端口L1、L2、L3通过了A级滤波器连接在交流接触器KM1上，变频电机的风机则通过热继电器FR1连接在交流接触器KM2上，再连接到交流接触器KM1的电网上。接下来是变频电机简单的起、停、开闭环、变频调速电器控制线路。其控制线路说明如下：QF1为空气断路器，当空气开关闭合，没有按下启动按钮SB1时，交流接触器KM1处于断开状态；当按下起动按钮SB1时，接通交流接触器KM1，KM1继电器通电，交流接触器KM1保持通电状态，可编程序控制器运行，输出端给变频器一个启动信号，电源指示灯HR4亮。在运行中按下停止按钮SB2，则KM1继电器断电，交流接触器KM1断开。同时我们还用了热继电器FR1，用于过载保护。在加速和减速过程以外，电机一直是稳速运行。变频电机的加速、减速、慢速和稳速运行全部都由变频器控制。加速和减速过程时间的长短，以及稳速值的大小由人为在变频器中根据需要设定。
变频调速控制电气图如附录图A所示：
2.3 网络系统组成及说明
本系统中，对三相异步电机采用一台变频器来进行频率的调节控制。通过PLC输出的模拟量信号作为变频器的控制端输人信号，由总线Profibus-DP作为信号的传输通道，完成对电动机的自动控制。变频调速器对电机具有完善的自我保护和电机保护的功能，它通过接受PLC的信号控制电机转速大小，并且向PLC反馈自身的工作状态信号，当发生
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故障时，能够向PLC及上位机发出报警信号。由于变频调速是通过改变电动机定子供电频率以改变同步转速来实现的，故在调速过程中从高速到低速都可以保持有限的转差功率，因此具有高效率、宽范围、高精度的调速性能。
2.3.1 系统说明
本课题是由三个站点（工程师站、操作员站、编程站）、工业以太网、Prifibus-DP总线、S7-400、S7-300、变频器、三相异步电动机以及人机交换界面-触摸屏组成。本系统网络结构图如图2.1所示：
西门子工业以太网的建立需要相应的软件支持，STEP7是西门子工业自动化控制系统软件，该软件为模块化的软件，在本体软件的基础上有很多可选软件能和其实现无缝连接，本系统选用的是西门子的工业网络软件Soft Net，该软件和STEP7配合能组建西门子的工业以太网、DP网等，并能PLC编程，如图2.1所示。
工程师站打印机ESMIndustralEthernat操作及PLC编程站3#工程师站S7-412-2DP主控单元2#M270HMIProfibus-DP7#1#S7-315-2DP 控制单元其它被控对象MM420变频器电梯、温控等变频电机编码器图 2.1 系统结构图
系统网络结构的最上一层为SIEMENS工业以太网，该网络上有两台计算机，分别为工程师站和操作员站，工程师站安装有监控软件组态王运行狗，负责整个监控系统的运行；同时作为OPC服务器，负责与PROFIBUS主站---西门子S7400系列可编程CPU412-2DP交换数据，使组态王的变量与PLC中的各个控制点关联起来。
工程师站、操作员站、CPU412-2DP是通过SIEMENS工业以太网电气链路模块（相当于HUB）6GV1 105-3AA0互相连接通讯；其中工程师站和操作员站分别装有SIEMENS专用
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工业以太网卡CP1612；而CPU412-2DP则是通过CP443-1工业以太通讯模块连接。（该模块的作用相当于PLC的以太网卡），同时CPU412-2DP是OPC客户端。在以太网中是通过各站点的IP地址来标识身份的。
第二层为PROFIBUS-DP现场总线网，各站点是通过DP地址来标识身份的，本系统的各站点地址分别为：主站CPU412-2DP其DP地址为2，挂在DP总线上的各从站点分别：CPU315-2DP其DP：3；变频器其DP：5， CP5613其DP：0（系统规定，一般不允许更改），触摸屏其DP：1（系统规定，一般不允许更改）
由系统的网络结构图，可以看出本课题的关键主要在于网络系统的构成和编程站程序的编写。程序编出来以后，接下来的工作就是利用组态软件把控制图组态到操作员站点，再连接写入到PLC 当中去，这样就可以把整个系统结构连接到一起，组成相通的网络系统。变频器通过DP通讯模块挂在主站S7400上，在硬件组态时，系统会自动分配通讯字地址给变频器，通讯字为16位，分为控制字和状态字，控制字用于发指令控制变频器，状态字用于反应变频器的工作状态。变频器驱动一台变频电机，变频电机的轴上装有旋转编码器，旋转编码器的脉冲信号送至S7 300中的FM350高速记数模块检测转速。变频器在程序中设有两种控制方式：开环和闭环，开环控制模式时，变频器的转速直接由PLC发出的频率信号（0~50Hz）确定；闭环模式时，PLC给出转速设定值，与旋转编码器检测的速度信号比较，经PID运算后控制变频器转速。(由于电源通断的顺序问题，可能有时变频器会处于报错状态而通讯不上，只要按一次变频器上的Fn键即可恢复)。
2.3.2 以太网络及组成
SIEMENS工业以太网的硬件结构：
西门子工业以太网其本质上与传统的以太网一样，只是其硬件都是工业级专用，如网卡、网线、链路模块（HUB）等；PLC连接以太网是通过以太网通讯模块来实现，采用标准的TCP/IP通讯协议，10M带宽，硬件结构见图2.2所示：
PC Station 1CP 1612PC Station 1CP 1612S 7400PLC以太网通讯模块CP443-1Profibus-DP链路模块（HUB）6GV1105-3AA0
图 2.2 以太网硬件结构图
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以太网作为通信网络的技术优势：
1. 以太网是一种标准的开放式网络，采用TCP／IP通信协议，可以解决物理层、数据链路层、网络层和传输层采用统一的通信协议的问题，不同厂商的控制网络很容易互联。
2. 以太网能便捷地访问远程系统，实现远程诊断和远程维护，共享／访问多数据库。
3. 以太网使以万维网为基础的所有手段可以移植到管控一体化系统中来。 4. 能降低系统成本，包括技术人员培训费用、网络维护费用及系统初期投资。 以太网作为现场总线的技术优势： 1. 可以保证现场总线技术可持续发展。 2. 广泛的开发技术支持。 3. 可以有大量硬件产品选择。 4. 可以拥有大量的软件资源。
5. 可以避免现场总线技术游离于计算机网络技术发展主流之外，使现场总线技术和计算机网络主流技术很好地融合起来，形成现场总线技术和一般的计算机网络技术同步发展的局面。
在设备中心网络结构中，I／O设备连接到以太网或连接到以太网兼容的I／O数据 集中器上。在这种结构中，以太网取代了现场总线，真正构成了从企业的上层和底层统一的以太网结构。如用Optimation公司的Opti Logic以太网RTU构成的设备中心网络结构，如图2.3所示：
本系统中工业以太网的主要作用是连接上位机和S7-400，以实现上位机对变频器和 三相异步电动机的控制。
上位机以太网EternetRTUEternetRTUEternetRTUEternetRTU 图2.3 设备中心网络结构
2.3.3 系统DP拓扑结构及说明
系统的DP拓扑结构图如图2.5所示，即整个网络系统各被控单元（变频电动机、电
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梯等）通过PROFIBUS-DP总线连接起来，系统为每块分配了相应的DP地址。本课题的变频调速单元通过DP总线与上位机、触摸屏等站点连接起来以实现变频调速的控制。
西门子CPU412-2DP和CPU315-2DP都带有两个通讯口，一个为MPI另一个为DP，在出厂时，新的PLC其MPI地址和DP地址都为2，因此在CPU首次使用时，若系统中DP总线上有两个以上的CPU就必须先对每个CPU进行单独DP地址设置，否则系统将报错，地址重复。CP5613既可设置为DP也可设置为MPI，先将CP5613设置为MPI方式，然后用一根两端装有总线接头的DP电缆（注：电缆和总线接头MPI和DP是一样的）一端插在CP5613上，另一端插在PLC的MPI口上，通过STEP7就可以和PLC连接上了，此时通讯占用MPI口，DP口被自由释放，可以修改地址。本系统就是通过此方式将CPU412-2DP的DP地址设置为2，CPU315-2DP的DP地址设置为3，ET200M、变频器的DP地址通过其自身拨码开关设置，网关和触摸屏可通过其设置按键设置。一般情况下，为保证系统的通讯可靠，我们只修改DP的地址，DP的通讯速率等参数均采用系统的默认值（1.5Mbps），这样一致性好，且不会出错。
当硬件连接好后，主要是通过STEP7软件中的管理器来组态各硬件之间的关系。首先在管理器中建立各个站（这里主要是指建立各类型主站），本系统各类型主站分别为：S7300 Station、S7400 Station、PC Station (5613)、PC Station 1 (1612)、PC Station 2 (1612)，然后再分别对每个站进行硬件配置，此处必须与实物对应，包括具体的槽位、各组件的产品序列号等，当配置PLC的CPU时，系统会自动提示网络选择。
本系统的DP主站CPU412-2DP，而CPU315-2DP也是主站类型PLC，在硬件设置时要将其改为从站，此时系统会要求你选择和主站的数据交换方式，选择MS方式，即主从方式，再设置相应的数据交换区间以及长度，这里的交换区间是指PI和PQ，S7300和S7400都有此两个称之为外部输入输出的交换区，交换数据的方式是交叉的，区间定义好了后，S7300和S7400的数据交换就会通过DP总线自动进行，无须编写通讯程序，如图2.4所示：
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