PROFIBUS總線在行車上的應用

薛紅軍

【摘 要】 介紹PROFIBUS-DP總線的技術特點，構造出有西門子S7-300PLC、6SE70變頻器、6SG70調壓裝置組成的基于PROFIBUS-DP總線的行車控制系統(tǒng)，介紹該系統(tǒng)中的PLC與變頻器及調壓裝置的通訊過程。

【關鍵詞】 行車 現(xiàn)場總線 變頻器 調壓裝置 PROFIBUS-DP

1 前言

寶鋼集團八鋼公司板帶工程煉鋼項目由一座110噸電爐、三座120噸轉爐、二座120噸精煉爐、四套一機一流連鑄機組成，而其中的大噸位行車（150噸、180噸、220噸）負責電爐、轉爐加料以及精煉鋼水吊運工作，在整個生產(chǎn)中起著非常重要的作用。隨著煉鋼生產(chǎn)對起重機調速性能要求的不斷提高，傳統(tǒng)的橋式起重機調速方法綜合技術指標較差，難以滿足煉鋼生產(chǎn)的特殊要求。

全數(shù)字定子調壓與交流變頻調速技術的應用，再加上采用PROFIBUS-DP總線控制調壓與變頻器，為交流異步電動機驅動的橋式起重機大范圍、高質量的調速提供了全新的方案。它具有高性能的調速指標，外圍控制線路簡單，維護工作量小，保護監(jiān)測功能完善，運行可靠性較傳統(tǒng)的交流調速系統(tǒng)有較大的提高。

2 現(xiàn)場總線PROFIBUS的引入

現(xiàn)場總線是一種計算機網(wǎng)絡，這個網(wǎng)絡上的每一個節(jié)點就是一個智能化設備，而PROFIBUS是多種總線中的一種，它具有較廣的制造基礎和較多的使用經(jīng)驗，如今已成為國際化的開放式現(xiàn)場總線標準，其中PROFIBUS-DP是一種高速的通訊連接，使用了第一層第二層和用戶接口，第三層至第七層未加以描述，這種流體型結構確保了數(shù)據(jù)傳輸?shù)目焖俸陀行А?/p>

標準現(xiàn)場總線PROFIBUS-DP的硬件由主設備、從設備、網(wǎng)絡網(wǎng)路等三部分組成，其中主設備用以控制總線上的數(shù)據(jù)傳輸，切在沒有提供外部請求時發(fā)送信息和被授權可訪問總線，從設備是相對主設備而言較為簡單的外部設備，且未被授權訪問總線，網(wǎng)絡網(wǎng)路由傳輸介質和網(wǎng)絡鏈接器構成，前者用PROFIBUS專用屏蔽雙絞電纜構成電氣網(wǎng)絡；后者由RS-485總線連接器、RS-485總線終端等構成。

現(xiàn)以八鋼180噸行車為例介紹行車現(xiàn)場總線系統(tǒng)的組成。180噸行車電氣部分由全套西門子產(chǎn)品組成，PROFIBUS-DP網(wǎng)的配置如圖1所示，PLC（S7300）作為一級DP站，通過DP口與PROFIBUS總線聯(lián)絡，作為主設備，它負責讀取懸掛在總線上的所有分布式I/O模塊的變頻器和調壓裝置的狀態(tài)字，同時進行變頻器和調壓裝置控制字的傳送。6ES70變頻器和6SG70調壓裝置加上CBP2通訊板（PROFIBUS通訊模塊）后作為從站，由于6ES70變頻器和6SG70調壓裝置具有快速的輸入響應、優(yōu)化的矢量控制等特點，且數(shù)據(jù)傳輸方式以串行的數(shù)字方式為主，所以絲毫不影響傳輸數(shù)據(jù)的可靠性和抗干擾性。

3 控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通訊

在180噸行車的總線控制系統(tǒng)中，PROFIBUS-DP的通訊協(xié)議的信息幀分為協(xié)議頭、用戶數(shù)據(jù)和協(xié)議尾，用戶數(shù)據(jù)結構被指定為參數(shù)過程數(shù)據(jù)對象（PPO），6ES70變頻器和6SG70調壓裝置定義了五種PPO類型。參數(shù)值PKW是變頻、調壓裝置運行要定義的一些功能碼，如最大頻率、基本頻率、加/減速時間等，過程數(shù)據(jù)PZD用于傳輸控制字和設定值或狀態(tài)字和實際值等輸入輸出的數(shù)據(jù)值。

以6ES70變頻器為例，該變頻與SIMATIC S7-300通訊，必須完成下列變頻器功能碼的設置：P918（ PROFIBUS地址）設定值可以是1—125之間，P927（修改參數(shù)的途徑）=1（COMMS），P700（選擇命令源）=6（PROFIBUS/FIELDBUS通訊鏈路現(xiàn)場總線）。

180噸行車通過PROFIBUS-DP網(wǎng)絡將S7-300PLC與6ES70變頻器和6SG70調壓裝置連接，通過編程軟件STEP7完成硬件網(wǎng)絡組態(tài)，為變頻和調壓裝置分配網(wǎng)絡地址，該地址必須與變頻和調壓裝置CBP2板中設置相同，同時在程序中調用SFC“DPRD DAT”，SFC“DPWR DAT”系統(tǒng)功能塊向變頻和調壓裝置CBP2模塊接收/發(fā)送過程數(shù)據(jù)，通過以上步驟，既完成對180噸行車控制系統(tǒng)PROFIBUS-DP網(wǎng)的組態(tài)和通訊。

4 控制系統(tǒng)的通訊控制軟件設計

（1）PLC通訊接口模塊的初始化。在現(xiàn)場總線啟動前，必須先配置PROFIBUS總線，并分配各總線站的參數(shù)（總線的傳輸速率，總線的標準）、設定故障模式（包括診斷設置和診斷地址等）。

（2）對變頻和調壓裝置進行讀寫操作。行車動作指令先進入PLC，然后通過PROFIBUS-DP網(wǎng)送至變頻和調壓裝置，從而達到對變頻和調壓裝置的控制，同時讀取變頻和調壓裝置的狀態(tài)字。

（3）判斷變頻和調壓裝置是否處于故障狀態(tài)。如出現(xiàn)包括通訊在內的故障，則立即終止動作。

（4）重復2、3步驟，依次對不同的變頻和調壓裝置進行讀寫操作。

5 結語

現(xiàn)場總線技術是分散控制型控制系統(tǒng)的繼承、延伸和進一步發(fā)展，采用PROFIBUS-DP現(xiàn)場總線的變頻和調壓裝置控制系統(tǒng)，在八鋼行車上是第一次使用，通過一年多的使用，發(fā)現(xiàn)整個系統(tǒng)可靠性高、控制精度高、響應速度快，故障率低，有很好的發(fā)展前景。

參考文獻：

[1]PROFIBUS技術手冊[K].1997.endprint

【摘 要】 介紹PROFIBUS-DP總線的技術特點，構造出有西門子S7-300PLC、6SE70變頻器、6SG70調壓裝置組成的基于PROFIBUS-DP總線的行車控制系統(tǒng)，介紹該系統(tǒng)中的PLC與變頻器及調壓裝置的通訊過程。

【關鍵詞】 行車 現(xiàn)場總線 變頻器 調壓裝置 PROFIBUS-DP

1 前言

寶鋼集團八鋼公司板帶工程煉鋼項目由一座110噸電爐、三座120噸轉爐、二座120噸精煉爐、四套一機一流連鑄機組成，而其中的大噸位行車（150噸、180噸、220噸）負責電爐、轉爐加料以及精煉鋼水吊運工作，在整個生產(chǎn)中起著非常重要的作用。隨著煉鋼生產(chǎn)對起重機調速性能要求的不斷提高，傳統(tǒng)的橋式起重機調速方法綜合技術指標較差，難以滿足煉鋼生產(chǎn)的特殊要求。

全數(shù)字定子調壓與交流變頻調速技術的應用，再加上采用PROFIBUS-DP總線控制調壓與變頻器，為交流異步電動機驅動的橋式起重機大范圍、高質量的調速提供了全新的方案。它具有高性能的調速指標，外圍控制線路簡單，維護工作量小，保護監(jiān)測功能完善，運行可靠性較傳統(tǒng)的交流調速系統(tǒng)有較大的提高。

2 現(xiàn)場總線PROFIBUS的引入

現(xiàn)場總線是一種計算機網(wǎng)絡，這個網(wǎng)絡上的每一個節(jié)點就是一個智能化設備，而PROFIBUS是多種總線中的一種，它具有較廣的制造基礎和較多的使用經(jīng)驗，如今已成為國際化的開放式現(xiàn)場總線標準，其中PROFIBUS-DP是一種高速的通訊連接，使用了第一層第二層和用戶接口，第三層至第七層未加以描述，這種流體型結構確保了數(shù)據(jù)傳輸?shù)目焖俸陀行А?/p>

標準現(xiàn)場總線PROFIBUS-DP的硬件由主設備、從設備、網(wǎng)絡網(wǎng)路等三部分組成，其中主設備用以控制總線上的數(shù)據(jù)傳輸，切在沒有提供外部請求時發(fā)送信息和被授權可訪問總線，從設備是相對主設備而言較為簡單的外部設備，且未被授權訪問總線，網(wǎng)絡網(wǎng)路由傳輸介質和網(wǎng)絡鏈接器構成，前者用PROFIBUS專用屏蔽雙絞電纜構成電氣網(wǎng)絡；后者由RS-485總線連接器、RS-485總線終端等構成。

現(xiàn)以八鋼180噸行車為例介紹行車現(xiàn)場總線系統(tǒng)的組成。180噸行車電氣部分由全套西門子產(chǎn)品組成，PROFIBUS-DP網(wǎng)的配置如圖1所示，PLC（S7300）作為一級DP站，通過DP口與PROFIBUS總線聯(lián)絡，作為主設備，它負責讀取懸掛在總線上的所有分布式I/O模塊的變頻器和調壓裝置的狀態(tài)字，同時進行變頻器和調壓裝置控制字的傳送。6ES70變頻器和6SG70調壓裝置加上CBP2通訊板（PROFIBUS通訊模塊）后作為從站，由于6ES70變頻器和6SG70調壓裝置具有快速的輸入響應、優(yōu)化的矢量控制等特點，且數(shù)據(jù)傳輸方式以串行的數(shù)字方式為主，所以絲毫不影響傳輸數(shù)據(jù)的可靠性和抗干擾性。

3 控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通訊

在180噸行車的總線控制系統(tǒng)中，PROFIBUS-DP的通訊協(xié)議的信息幀分為協(xié)議頭、用戶數(shù)據(jù)和協(xié)議尾，用戶數(shù)據(jù)結構被指定為參數(shù)過程數(shù)據(jù)對象（PPO），6ES70變頻器和6SG70調壓裝置定義了五種PPO類型。參數(shù)值PKW是變頻、調壓裝置運行要定義的一些功能碼，如最大頻率、基本頻率、加/減速時間等，過程數(shù)據(jù)PZD用于傳輸控制字和設定值或狀態(tài)字和實際值等輸入輸出的數(shù)據(jù)值。

以6ES70變頻器為例，該變頻與SIMATIC S7-300通訊，必須完成下列變頻器功能碼的設置：P918（ PROFIBUS地址）設定值可以是1—125之間，P927（修改參數(shù)的途徑）=1（COMMS），P700（選擇命令源）=6（PROFIBUS/FIELDBUS通訊鏈路現(xiàn)場總線）。

180噸行車通過PROFIBUS-DP網(wǎng)絡將S7-300PLC與6ES70變頻器和6SG70調壓裝置連接，通過編程軟件STEP7完成硬件網(wǎng)絡組態(tài)，為變頻和調壓裝置分配網(wǎng)絡地址，該地址必須與變頻和調壓裝置CBP2板中設置相同，同時在程序中調用SFC“DPRD DAT”，SFC“DPWR DAT”系統(tǒng)功能塊向變頻和調壓裝置CBP2模塊接收/發(fā)送過程數(shù)據(jù)，通過以上步驟，既完成對180噸行車控制系統(tǒng)PROFIBUS-DP網(wǎng)的組態(tài)和通訊。

4 控制系統(tǒng)的通訊控制軟件設計

（1）PLC通訊接口模塊的初始化。在現(xiàn)場總線啟動前，必須先配置PROFIBUS總線，并分配各總線站的參數(shù)（總線的傳輸速率，總線的標準）、設定故障模式（包括診斷設置和診斷地址等）。

（2）對變頻和調壓裝置進行讀寫操作。行車動作指令先進入PLC，然后通過PROFIBUS-DP網(wǎng)送至變頻和調壓裝置，從而達到對變頻和調壓裝置的控制，同時讀取變頻和調壓裝置的狀態(tài)字。

（3）判斷變頻和調壓裝置是否處于故障狀態(tài)。如出現(xiàn)包括通訊在內的故障，則立即終止動作。

（4）重復2、3步驟，依次對不同的變頻和調壓裝置進行讀寫操作。

5 結語

現(xiàn)場總線技術是分散控制型控制系統(tǒng)的繼承、延伸和進一步發(fā)展，采用PROFIBUS-DP現(xiàn)場總線的變頻和調壓裝置控制系統(tǒng)，在八鋼行車上是第一次使用，通過一年多的使用，發(fā)現(xiàn)整個系統(tǒng)可靠性高、控制精度高、響應速度快，故障率低，有很好的發(fā)展前景。

參考文獻：

[1]PROFIBUS技術手冊[K].1997.endprint

【摘 要】 介紹PROFIBUS-DP總線的技術特點，構造出有西門子S7-300PLC、6SE70變頻器、6SG70調壓裝置組成的基于PROFIBUS-DP總線的行車控制系統(tǒng)，介紹該系統(tǒng)中的PLC與變頻器及調壓裝置的通訊過程。

【關鍵詞】 行車 現(xiàn)場總線 變頻器 調壓裝置 PROFIBUS-DP

1 前言

寶鋼集團八鋼公司板帶工程煉鋼項目由一座110噸電爐、三座120噸轉爐、二座120噸精煉爐、四套一機一流連鑄機組成，而其中的大噸位行車（150噸、180噸、220噸）負責電爐、轉爐加料以及精煉鋼水吊運工作，在整個生產(chǎn)中起著非常重要的作用。隨著煉鋼生產(chǎn)對起重機調速性能要求的不斷提高，傳統(tǒng)的橋式起重機調速方法綜合技術指標較差，難以滿足煉鋼生產(chǎn)的特殊要求。

全數(shù)字定子調壓與交流變頻調速技術的應用，再加上采用PROFIBUS-DP總線控制調壓與變頻器，為交流異步電動機驅動的橋式起重機大范圍、高質量的調速提供了全新的方案。它具有高性能的調速指標，外圍控制線路簡單，維護工作量小，保護監(jiān)測功能完善，運行可靠性較傳統(tǒng)的交流調速系統(tǒng)有較大的提高。

2 現(xiàn)場總線PROFIBUS的引入

現(xiàn)場總線是一種計算機網(wǎng)絡，這個網(wǎng)絡上的每一個節(jié)點就是一個智能化設備，而PROFIBUS是多種總線中的一種，它具有較廣的制造基礎和較多的使用經(jīng)驗，如今已成為國際化的開放式現(xiàn)場總線標準，其中PROFIBUS-DP是一種高速的通訊連接，使用了第一層第二層和用戶接口，第三層至第七層未加以描述，這種流體型結構確保了數(shù)據(jù)傳輸?shù)目焖俸陀行А?/p>

標準現(xiàn)場總線PROFIBUS-DP的硬件由主設備、從設備、網(wǎng)絡網(wǎng)路等三部分組成，其中主設備用以控制總線上的數(shù)據(jù)傳輸，切在沒有提供外部請求時發(fā)送信息和被授權可訪問總線，從設備是相對主設備而言較為簡單的外部設備，且未被授權訪問總線，網(wǎng)絡網(wǎng)路由傳輸介質和網(wǎng)絡鏈接器構成，前者用PROFIBUS專用屏蔽雙絞電纜構成電氣網(wǎng)絡；后者由RS-485總線連接器、RS-485總線終端等構成。

現(xiàn)以八鋼180噸行車為例介紹行車現(xiàn)場總線系統(tǒng)的組成。180噸行車電氣部分由全套西門子產(chǎn)品組成，PROFIBUS-DP網(wǎng)的配置如圖1所示，PLC（S7300）作為一級DP站，通過DP口與PROFIBUS總線聯(lián)絡，作為主設備，它負責讀取懸掛在總線上的所有分布式I/O模塊的變頻器和調壓裝置的狀態(tài)字，同時進行變頻器和調壓裝置控制字的傳送。6ES70變頻器和6SG70調壓裝置加上CBP2通訊板（PROFIBUS通訊模塊）后作為從站，由于6ES70變頻器和6SG70調壓裝置具有快速的輸入響應、優(yōu)化的矢量控制等特點，且數(shù)據(jù)傳輸方式以串行的數(shù)字方式為主，所以絲毫不影響傳輸數(shù)據(jù)的可靠性和抗干擾性。

3 控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通訊

在180噸行車的總線控制系統(tǒng)中，PROFIBUS-DP的通訊協(xié)議的信息幀分為協(xié)議頭、用戶數(shù)據(jù)和協(xié)議尾，用戶數(shù)據(jù)結構被指定為參數(shù)過程數(shù)據(jù)對象（PPO），6ES70變頻器和6SG70調壓裝置定義了五種PPO類型。參數(shù)值PKW是變頻、調壓裝置運行要定義的一些功能碼，如最大頻率、基本頻率、加/減速時間等，過程數(shù)據(jù)PZD用于傳輸控制字和設定值或狀態(tài)字和實際值等輸入輸出的數(shù)據(jù)值。

以6ES70變頻器為例，該變頻與SIMATIC S7-300通訊，必須完成下列變頻器功能碼的設置：P918（ PROFIBUS地址）設定值可以是1—125之間，P927（修改參數(shù)的途徑）=1（COMMS），P700（選擇命令源）=6（PROFIBUS/FIELDBUS通訊鏈路現(xiàn)場總線）。

180噸行車通過PROFIBUS-DP網(wǎng)絡將S7-300PLC與6ES70變頻器和6SG70調壓裝置連接，通過編程軟件STEP7完成硬件網(wǎng)絡組態(tài)，為變頻和調壓裝置分配網(wǎng)絡地址，該地址必須與變頻和調壓裝置CBP2板中設置相同，同時在程序中調用SFC“DPRD DAT”，SFC“DPWR DAT”系統(tǒng)功能塊向變頻和調壓裝置CBP2模塊接收/發(fā)送過程數(shù)據(jù)，通過以上步驟，既完成對180噸行車控制系統(tǒng)PROFIBUS-DP網(wǎng)的組態(tài)和通訊。

4 控制系統(tǒng)的通訊控制軟件設計

（1）PLC通訊接口模塊的初始化。在現(xiàn)場總線啟動前，必須先配置PROFIBUS總線，并分配各總線站的參數(shù)（總線的傳輸速率，總線的標準）、設定故障模式（包括診斷設置和診斷地址等）。

（2）對變頻和調壓裝置進行讀寫操作。行車動作指令先進入PLC，然后通過PROFIBUS-DP網(wǎng)送至變頻和調壓裝置，從而達到對變頻和調壓裝置的控制，同時讀取變頻和調壓裝置的狀態(tài)字。

（3）判斷變頻和調壓裝置是否處于故障狀態(tài)。如出現(xiàn)包括通訊在內的故障，則立即終止動作。

（4）重復2、3步驟，依次對不同的變頻和調壓裝置進行讀寫操作。

5 結語

現(xiàn)場總線技術是分散控制型控制系統(tǒng)的繼承、延伸和進一步發(fā)展，采用PROFIBUS-DP現(xiàn)場總線的變頻和調壓裝置控制系統(tǒng)，在八鋼行車上是第一次使用，通過一年多的使用，發(fā)現(xiàn)整個系統(tǒng)可靠性高、控制精度高、響應速度快，故障率低，有很好的發(fā)展前景。

參考文獻：

[1]PROFIBUS技術手冊[K].1997.endprint