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西门子PLC与ABB变频器之间的现场总线通讯技术

作者：陈凤娇 王鑫伟 王莉

来源：《科技创新与应用》2013年第11期

摘 要：640吨推进式铸锭加热炉是公司投资新建的铝及铝合金铸锭轧制前的加热和部分铸锭的均热处理的加热炉，炉气温度均匀性要求在±5℃，循环风速场的均匀性直接决定炉气温度的均匀性，循环风机采用Profibus-DP过程现场总线通讯技术，自动化控制单元使用西门子的S7-300PLC与变频器使用ABB公司的ACS510变频器。 关键词：变频器；PLC；现场总线 1 空气循环风机及控制系统描述 1.1 空气循环风机

为强化热交换保证产品质量，在炉顶装有高温离心式风机（每区2台），风机采用ABB公司的变频器调速。低温启动时采用低速，便于启动；高温时采用高速以缩短加热时间，可提高温度均匀性和生产率，具有调速方便、加热效率高、工作可靠的特点，也可按照额定电流设置变频器，根据炉气温度的变化连续调速。采用该系统的炉子，炉气温度和铸锭温度的均匀性可达≤±5℃以内。为方便风机维护，炉上配备手动干油站，每区1套。每套组件的内部轴承安装在水冷的轴承座上，并且每个元件都是密封的，防止油或水进入炉内。风机的每根轴都是由两个日本NSK轴承支撑。 1.2 控制系统

风机最高工作温度650℃。炉群管理计算机可以和整个工厂的L3级通过以太网连接，采用TCP/ IP 通讯协议，作为数据查询和记录的管理计算机。并安装炉群控制系统数据软件。 上位机：1套。在PLC处增加一个上位管理系统，主要对加热炉管理与监控。 上位机的PC机主要配置如下（高于或等于以下配置，采用市场主流配置）： CPU：2.5G 显存：128M 内存：512M

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硬盘：120G

显示器：19\（液晶） 光驱： DVD+RW 键盘、鼠标通用 10/100M 快速以太网接口

软件包括（软件版本为高于或等于以下版本，以下所有文本的版本相同）： WINDOWS XP

Intouch 10.0控制系统选用SIEMENS公司的S7-400系列程控器，S7-400主站与各个子站间采用PROFIBUS-DP连网。人机接口采用PC机配Intouch组态软件，该机与S7-400主站之间采用以太网连网。

程控器的编程软件为STEP 7，该编程软件具有程序组织的透明性，易理解及易维护，有三种编程方式，即梯形图（LAD），功能块（FBD）和语句表（STL）。 2 系统配置及通讯协议 2.1系统配置

PLC为SIMATIC S7-400系列，变频器为ACS510系列，通讯适配器为ACS-PRO（V4.1）。其中用于对PLC编程和对Profibus-DP网进行组态和通讯配置的编程软件为STEP7 V5.5。上位机使用Intouch10.0进行画面编程和OACS-PROACS-PROACS-PRO9 号变频器 1号变频器8号变频器7号变频器6号变频器5号变频器4号变频器2操作，并采用以太网通讯方式与PLC通讯。 2.2 通讯协议

PROFIBUS协议结构是根据ISO7498国际标准，以开放式系统互联网络（Open System Interconnection-OSI）作为参考模型的。该模型共有七层。

（1）PROFIBUS-DP：定义了第一、二层和用户接口。第三到七层未加描述。用户接口规定了用户及系统以及不同设备可调用的应用功能，并详细说明了各种不同PROFIBUS-DP设备的设备行为。

（2）PROFIBUS-FMS：定义了第一、二、七层，应用层包括现场总线信息规范（Fieldbus Message Specification - FMS）和低层接口（Lower Layer Interface - LLI）。FMS包括了应用协

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议并向用户提供了可广泛选用的强有力的通信服务。LLI协调不同的通信关系并提供不依赖设备的第二层访问接口。

（3） PROFIBUS-PA：PA的数据传输采用扩展的PROFIBUS-DP协议。另外，PA还描述了现场设备行为的PA行规。根据IEC1158-2标准，PA的传输技术可确保其本征安全性，而且可通过总线给现场设备供电。使用连接器可在DP上扩展PA网络。 注：第一层为物理层，第二层为数据链路层，第三-六层末使用，第七层为应用层。 3 STEP7项目系统组态及通讯编程

3.1 使用STEP7V5.4组态软件，进入Hardware Configure，将RPBA-01的GSD（设备数据库）文件导入STEP7的编程环境中，点击options--install GSD file 将ABB变频器的GSD文件导入STEP7中。

3.2 选定S7-315-2DP为主站系统，默认地址为2，将ABB的RPBA-01组态到S7-315-2DP为主站的DP网上，并选定使用的PPO类型，设定站点网络地址为4，然后编译存盘 3.3 PLC主机从从站读取输入信息并把输出信息反送给从站，并在PLC程序中建立一个数据块DB10，用于变频器的数据通信。 4 变频器运行设置

通讯电缆联接后，启动变频器，完成对变频器通讯参数的设置 5 结束语

通过编写程序通过PLC来控制变频器来满足工艺要求。同时也可以读取变频器数据通过上位机进行显示，达到在线监视和诊断的目的，该系统在1#640吨推进式铸锭加热炉应用以后，运行效果良好，保证了炉温的均匀性，满足了2100mm热轧机轧制前的热处理功能要求。 参考文献

[1] ABB电气传动系统有限公司，ABB Profibus适配器模块NPBA-12安装启动指南[Z].2001.

[2王秉铨.工业炉设计手册[M].北京：机械工业出版社，1996.8 [3]廖常初.S7-300/400 PLC应用技术[M].北京：2005.1. [4]ACS510用户手册.