基于PROFIBUS-DP总线的变频器控制系统

现场总线是一种计算机网络，这个网络上的每一个节点就是一个智能化设备。现场总线由网络通信、功能模块、对象字典和设备描述、网络管理、系统管理等部分组成。现场总线技术是3C技术(computer, control, communication),是从控制层发展到工艺设备现场的技术结果。

1 现场总线PROFIBUS的引入

PROFIBUS以IS07498为基础，以开放式系统互联网络OSI(open system interconnection昨为参考模型，定义了物理传输特性、总线存取协议和应用功能。PROFIBUS-DP(Decentralized Periphery), PROFIBUS-P A(ProcessAutomation), PROFIBUS-FMS(Fieldbus MessageSpecification)构成了PROFIBUS家族。其中PROFIBUS-DP是一种高速和便宜的通信连接，使用了第1层第2层和用户接口，第3一7层未加以描述，这种流体型结构确保了数据传输的快速和有效。它是专门为自动控制系统和设备分散的vO之间进行的通信而设计的。使用PROFIBUS一DP模块可取代24V或4 ---2(hnA的串联式信号传输，减少投资成本。直接数据链路映像(DDLM)提供的用户接a，使得对数据链路层的存取变得简单方便，传输可使用RS一485传输技术或光纤媒体。

PROFIBUS-DP现场总线的硬件由主设备、从设备、网络网路等三部分组成。其中主设备用以控制总线上的数据传输，且在没有提供外部请求时发送信息和被授权可访问总线，从设备是相对于主设备而言较为简单的外部设备，且未被授权访问总线;网络网路如传输介质和网络链接器，前者用屏蔽双绞电缆构成电气网络，用塑料或玻璃纤维光缆构成的光纤网络，或是基于两种媒介之间由。LM转换的混合网络;后者如RS-485总线连接器、RS-485总线终端、RS-485中继器、光链路模块OLM等。

在很多工业自动控制系统中，存在着多控制点且各交流变频分布线长和分散的特点，采用现场总线技术可以把控制室内和现场操作台所装备的分布式I10模块联成总线网络，以数字方式来进行控制数据的串行传输，控制系统将具有更佳的抗干扰能力，提供给变频器的参考值也比较精确。

2 PROFIBUS-DP的变频器控制系统结构

现以SIMENS公司的相关产品为例介绍现场总线系统的组成。作为PROFIBUS-DP网的典型配置如附图所示，PLC(SIMATIC S7-300或S7-400系列)做为一级DP站，通过通信模块再与PROFIBUS总线联络，作为主设备，它负责读取悬挂在总线上的所有分布式I/O模块的变频器状态字(包括数字量和模拟量)，同时进行变频器控制字(包括数字量和模拟量)的传送。组态软件WinCC做为二级DP主站，用于系统操作和监视等e MM440变频器加上CB通信板(PROFIBUS通信模块)后做为从站，可带这样的从站32个，如果加上中继器，最多可达125个从站，MM440是MICROMASTER4系列变频器中的顶尖机型，而且有更加精确的控制功能，适应多种应用场合，除了包含MM420所具有的安装简便和用户友好的优势外，它还具有快速的输人响应、优化的矢量控制等特点。另外内置制动单元，使变频器在制动和减速方面，具有优良的功能品质。正因为所有的变频器都有I/O接口，包括数字量、模拟量，其中数字量输人有正向启动、反向启动、外接故障(如设备温升等)、点动、使能，设定音频启动等，数字量输出包括变频器运行信号、故障信号、运行频率区间信号、报警信号等。模拟量输人/输出必须进行UII方式的设定，以确认4-20mA信号或0-10V信号，其中模拟量输人主要为设定速度或频率的参考值，模拟量输出为电流实际值、速度实际值、频率实际值、DC回路电压值等，又因数据传输方式以串行的数字方式为主，只有在到达变频器时才又采用部分模拟信号.所以丝毫不影响传输数据的可靠性和抗干扰性。

在变频器现场总线控制系统中，PROFIBUS一DP的通信协议的信息帧分为协议头、用户数据和协议尾。用户数据结构被指定为参数过程数据对象((PPO)，有的用户数据带有参数区域和过程数据区域，而有的用户数据仅由过程数据组成。变频传动定义了5种PPO类型，MICROMASTER4仅支持PPO型1和型30参数值PKW是变频器运行要定义的一些功能码，如最大频率、基本频率、加/减速时间等，过程数据PZD用传输控制字和设定值(主一变频器)或状态字和实际值〔变频器一主)等输人l出的数据值。

MICROMASTER4系列变频器与SIMATIC S7-300通信，必须完成下列变频器功能码的设置:P918(PROFIBUS地址)，设定值可以是1一125, PI000(频率设定值的选择)=6(CB通信板)，P2041.00(CB参数)=3(PP03), P2040(CB停止报文时间)>0, P927(修改参数的途径)=1(COMMS摸板)，P700(选择命令源)=b(PROFIBUSIFieldbus通信链路现场总线)。

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