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浅析西门子PLC与其变频器间的现场总线通讯

作者：孙金辉

来源：《中国科技博览》2017年第29期

[摘 要]本文简要介绍了西门子PLC与其变频器的系统配置情况，从设计与实现两个角度，对现场总线通讯技术进行了研究。通过实验的方法，观察了总线通讯效果，证实了PROFIBUS-DP的应用优势。

[关键词]西门子PLC；变频器；总线通讯；PROFIBUS-DP

中图分类号：R299 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）29-0318-01

前言：Profibus-DP属于分布式I/O系统的一种，与其他系统相比，具有数据传输效率高的优势，远程通信效果较好。本文以西门子PLC及其变频器作为研究对象，探讨了有关现场总线通讯的问题。

1 西门子PLC与其变频器的系统配置

西门子PLC与其变频器的系统配置情况如下：（1）西门子PLC以S7-300为主。（2）变频器型号为ACS800。（3）采用STEP V5.4作为主要编程软件实现实现对系统的编程。（4）系统通讯适配器以PRBA-01为主。（5）PRBA-01需置于ABB变频器插槽内部。（6）系统中设置终端器，避免信号反射问题发生。（7）根据模块所在位置，设置终端器地址。操作时，地址可改变，但需重新初始化。 2 现场总线通讯的设计

在应用STEP V5.4编程软件的基础上，实现了对S7-300PLC、ACS800变频器、PRBA-01通讯适配器的总线通讯系统的设计： 2.1 PROFIBUS设计

PROFIBUS属于通讯标准的一种，具有开放式的特点。用于总线通讯过程中，可使不同自动化元件之间的数据，实现自由交换，能够有效降低数据交换的难度，提高通讯效率[1]。PROFIBUS设计方法如下：（1）划分Profibus-DP的数据电报结构，使之成为由协议以及网络数据等共同组成的统一体系。（2）PKW与PZD需同时包含在数据当中。PKW即参数值，需通过人工方法定义。有关人员应视变频器的运行需求，定义PKW，确保参数值能够达到总线通讯的要求。PZD又称过程数据。变频器运行过程中，所产生的数据较多，处于输入以及输出等过程的数据，便成为过程数据。西门子变频器所产生的过程数据一般以速度反馈数据以及电

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流反馈数据为主。可通过对反馈数据的观察，了解变频器当前的运行状态，评估器械是否存在故障，评估系统的通讯效果。（3）Profibus-DP格式包括以下几种：ID、IND、VALUE、CW、SW、REF、ACT、PZD以及DW[2]。上述数据中，ID的功能，在于对参数进行识别。CW、SW、以及DW，分别代表控制字、状态字与数据字。 2.2 物理传输媒介设计

西门子PLC与其变频器间的总线通讯物理传输媒介设计方法如下：（1）以双绞型电缆作为总线通讯的主要物理传输媒介。（2）为提高总线通讯效率，提高通讯质量，应根据传输速率需求，控制双绞型电缆的长度。（3）将电缆长度控制在100--1200m之间较为适宜。（4）电缆节点数设置为31个，无需设置中继器。（5）中继器对电缆节点数量要求高，因此如必须增加中继器，则需同时增加节点数量。 2.3 通讯协议设计

西门子PLC与其变频器间的现场总线通讯协议设计方法如下：（1）以主/从协议，作为总线通讯协议，为总线通讯的实现奠定基础。（2）主站以西门子S7-300PLC为主。（3）变频器需发挥从站的作用，与S7-300PLC主站相互配合，使通讯得以实现，（4）主站根据通讯需求编辑命令，将控制命令发送至从站。从站接受命令并阅读，根据主站的命令要求，反馈系统运行参数。（5）RPBA-01通信适配器，需与从站相连接，通过从站获得主站命令，根据主站命令，调整运行状态。 3 现场总线通讯的实现

从系统实现、系统测试两个方向，观察了PROFIBUS-DP下西门子PLC与其变频器间的现场总线通讯效果： 3.1 软硬件条件 3.1.1 硬件条件

现场总线通讯系统对硬件的要求如下：（1）编程器≥133MHz。（2）编程器内存≥16Mb。（3）S7-300PLC数据传输速率≥12kb。（3）接口为Profibus-DP。（4）通讯板型号为CP440-5。（5）变频器需存在通讯模块。 3.1.2 软件条件

现场总线通讯系统对软件的要求如下：（1）软件系统为windows 7。（2）安装DVA-S7-SPS7。（3）软件调试步骤：传动参数--PLC配置--数据创建--程序编写--系统调试。（4）传动参数设置详见表1：

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3.2 现场总线通讯的实现

现场总线通讯的实现思路：（1）组态软件以STEP1V5.4为主。RPBA-01的GSD，需导入到编程环境中。GSD文件可通过下载获得。（2）主站系统为S7-315-2DP。地址为2。采用PPO4编译存盘。（3）PLC通过需变频器读取信息，并将信息反馈给变频器。为实现上述过程，需将SFC4与SFC15应用到系统当中，实现对数据传输过程的控制。（4）设置变频器，连接电缆，启动，设置变频器通讯参数。 3.3 系统功能测试

通过实验的方法，评估了系统功能： 3.3.1 编写程序

NETWORK1：读出数据。NETWORK2：显示数据。NETWORK2：发送数据。 以发送数据为例，程序编写情况如下： CALL SFC 15 LADDR W#16#EFFF

RECORD P#DB100.DBX5.0BYTE4 RET-VAL MW210 3.3.2 程序下载与测试

（1）将程序下载至西门子PLC以及CPU中。（2）开启CPU。（3）将西门子S7-300PLC与ACS800变频器相连接。（4）将电缆连接到系统当中。（5）开始执行PROFIBUS-DP通讯。 3.3.3 调整方法

如测试过程中，需要调整变频器及其他设备参数，可直接通过对STEP7软件的调整来实现：（1）采用STEP7软件运行程序。（2）STEP7软件具有运行监视功能。（3）可通过“启动”、“停止”等命令，控制变频器的运行状态。（4）将M0.2的修改数值设置为1，将M0.1的修改数值设置为0时，变频器处于停止运行的状态。（5）将M0.2的修改数值设置为0，将M0.1的修改数值设置为2时，变频器处于正常运行的状态。（6）可以通过设置MW10的修改数值，调整变频器运行速度。（7）MW20、MW24与MW26，分别用于调整变频器的状态字、速度以及电流。