PLC控制系统采用PROFIBUS-DP技术实现变频器通讯控制的应用

通过PROFIBUS DP实现S7-300PLC与VACON NX系列变频器的通讯作者：美恒自动化（大连）有限公司郝晋松摘要：现代企业里，利用PROFIBUS—DP组成的工业控制网络，实现了从控制级到现场级通讯的一致。

根据笔者的实践，本文介绍了如何利用SIEMENS S7-300 PLC与V ACON NX 系列变频器通过PROFIBUS DP实现通讯。

关键词：主站从站参数过程数据(PPO)引言现场总线PROFIBUS能够满足生产过程中现场级数据的可存取性。

一方面它满足了传感器/执行器领域的通信需求，另一方面又具有单元级领域的所有网络通信功能。

PROFIBUS-DP是一种高速（数据传输速率9.6Kbps/s～12Mbps）、经济的设备级网络，主要用于现场控制器与分散I/O之间的通信，可满足交直流调速系统快速响应的时间要求。

PROFIBUS-DP的实时性远高于其他局域网，因而特别适用于工业现场。

为满足今后用户可能提出的要求，故开发通过PROFIBUS DP 实现S7-300PLC与VACON NX系列变频器的通讯。

一、硬件要求：1、CPU要求带PROFIBUS DP主站/从站接口；2、VACON NX系列变频器带NXOPTC3/C5可选接口板。

二、变频器硬件电路接线1、NXOPTC3板1）、BUS CONNECTOR/总线连接端子：1号端子：总线电缆屏蔽层接线端子；2号端子：+5V电源；3号端子发送接收端子-正（B）；4号端子发送接收端子-负（A）；5号端子电源地（0V）。

2）、X1为总线电缆屏蔽层接地跳线器。

共有三种方式：1）、将屏蔽层通过X1接到变频器外壳（屏蔽层接至1号端子），X1在ON位置，见左1图。

2）、将屏蔽层通过RC滤波电路接至变频器外壳。

此时，X1在OFF位置。

3）、直接将屏蔽层接至变频器壳体，见上彩图。

此时，X1可在任意位置。

4）、X6为终端电阻选择跳线器。

如果VACON NX变频器为DP网络中的最后一个子站，则X6必须设置在ON位置，否则，在OFF位置。

三菱变频器在PROFIBUS-DP现场总线的应用事例发布时间：11-05-12 来源：点击量：1499 字段选择：大中小三菱变频器在PROFIBUS-DP现场总线的应用事例三菱A、F、E系列变频器具有与PROFIBUS-DP现场总线连接的通讯功能，三菱Q系列PLC也能作为该网络的主站。

可由主站向变频器发送各类命令：启/停、多段速选择、频率设定、修改参数、故障复位等，主站从变频器读取相关信息：运行方向、输入输出端子状态、运行频率（转速）、电流、电压、参数内容、故障代码等。

故而能极大地方便了配有PROFIBUS-DP总线的用户。

具体操作过程如下：1）硬件配置：PLC侧---Q系列PLC基本三件套（基板、电源、CPU）+ PROF IBUS-DP主站模块（QJ71PB92D）；变频器侧---A、F系列变频器+ PROFIBUS-DP从站适配卡FR-A5NP或FR-E5NP（仅对E系列变频器）。

2）系统构成：3）参数设置：a 用设备数据文件（*.GSD）使主站识别PROFIBUS-DP总线下的设备功能及特点，在主站设置软件列表中已有部分厂商（包括三菱）的设备数据文件，如驱动、阀门、I/O、HMI、PLC等。

可选择与所用从站性质相符的文件，若列表中无对应的设备数据文件，可从国际互联网或三菱网站中下载（FR-A5NP对应名称:M EAU0865.GSD）b 启动设置软件GX Configurator-DP，在主站中设定相关参数，除链接模式（通常模式0 或扩展模式E）和站号（一个主站时应设0）。

c 其余内容（波特率、间隔时间、超时检测、控制时间等）均可取默认值。

进行总线设置时，也不必改动原设置，可确认默认值。

选择自动刷新。

d 建立从站并设定相关参数，选定除0以外的站号（1-125）和与CPU通讯的输入输出元件的编号（X、Y、M、D等），其余可用默认值。

在三菱变频器与该总线链接时，输入输出各占6个字元件（12字节），它们中包括了：参数号（P NU）和任务及应答ID（AK）、参数索引、参数值、变频器状态字。

基于PROFIBUS总线PLC与变频器通讯的实现摘要PROFIBUS现场总线技术是当今控制领域的热点，本文以Siemens S7-300 PLC为主控制器，基于PROFIBUS总线技术，实现与DANFOSS FC300变频器的通讯，详细深入分析DANFOSS FC300变频器的通信协议及提供了PLC 对变频器的启停控制及数据传送的方法，给出了系统的通信网络设置、参数配置。

关键词PROFIBUS；PLC；变频器；通讯中图分类号TN773 文献标识码 A 文章编号1673-9671-(2012)082-0169-01PROFIBUS是目前得到广泛应用的现场总线之一，满足了生产过程现场级数据可存取性的重要要求，一方面它覆盖了传感器/执行器领域的通信需求，另一方面又具有单元级领域的所有网络通信功能。

PROFIBUS现场总线是不依赖生产厂家的、开放的现场总线，各种各样的自动化设备均可通过统一标准的接口通信，因此PROFIBUS已成为事实上的国际公认的标准。

1 PROFIBUS现场总线现场总线PROFIBUS是Process Fieldbus的缩写，是一种国际性的、开放式的现场总线标准。

PROFIBUS定义了各种数据设备的串行现场总线的技术和功能特性，这些数据设备可以从底层（如传感器、执行器）到中间层（如车间层）广泛分布。

PROFIBUS以ISO/OSI的网络参考模型为基础，提供了三种兼容的通信协议类型：PROFIBUS-DP、PROFIBUS-PA和PROFIBUS-FMS。

这三个相互兼容的协议既有共性，又有个性，应用各有侧重，所在协议能在同一条总线上混合使用。

2 PLC与变频器通讯的实现2.1 系统结构现以DANFOSS FC300变频器为例，讨论变频器与S7-300 PLC之间的通讯的实现。

系统配置为：1套PLC主站(S7-300，集成DP接口)，1台变频器（FC300），1个TP 270触摸屏，采用PROFIBUS-DP网络实现S7-300 PLC和Danfoss FC300变频器的通讯，变频器通过PROFIBUS-DP来实现电机的启/停和调速控制，并把变频器的实际运行状态通过PROFIBUS网络输送并显示在触摸屏TP 270，从而达到对电机的运行控制目的。

西门子PLC与三菱变频器Profibus-DP通信的说明三菱电机自动化（中国）有限公司巢晓阳一．三菱变频器部分FR-A7NP是FR-A700和FR-F700系列变频器进行Profibus-DP通信的通信选件。

FR-A7NP E-kit是FR-E700系列变频器进行Profibus-DP通信的通信选件。

FR-A7NP与FR-A7NP E-kit的主体都是一样的，只是FR-A7NP E-kit比FR-A7NP多了一些用于安装到FR-E700系列变频器上面去的附件。

1．端子排列2．站号设置使用 FR-A7NP 上的节点地址开关可在“0H～7DH(16进制)”之间设定节点地址。

变频器复位或下次开机时此设定生效。

3．接线注：如选用标准Profibus电缆，需将红色线（Pin3，B）接D+，绿色线（Pin8，A）接D-。

4．相关参数设置在本例中，将Pr.340设置为10，重新上电后即进入网络运行模式。

二．西门子PLC部分（STEP7软件设置）1．安装GSD文件（FR-A7NP的GSD文件是melc08fa.gsd）2．在右侧窗口中选中FR-A7NP并拖至DP主站总线上3．在右侧窗口中选中PPO type2并拖至下面的窗口中三．相关说明1．PPO type2的格式：2．控制变频器正、反转运行（通过STW）的说明：根据之前在STEP7软件中的设置，在本例中STW即为QW40，所以：①如果要正转，则：STF信号（b11）为ON，STR信号（b12）为OFF，PZD启用（b10）为ON，控制启用（b3）为ON。

由此得出STW为1000 1100 0111 1111，即8C7F。

②如果要反转，则：STF信号（b11）为OFF，STR信号（b12）为ON，PZD启用（b10）为ON，控制启用（b3）为ON。

由此得出STW为1001 0100 0111 1111，即947F。

③如果要停止，则：STF信号（b11）为OFF，STR信号（b12）为OFF，PZD启用（b10）为ON，控制启用（b3）为ON。

摘要：profibus-dp是工业总线中应用最广的通信方式，主要用于自动化系统中各组件之间的通信。

文章以西门子s7-300 plc和丹佛斯fc300型变频器为例，对在企业中profibus-dp 网络下变频器的应用做一探讨。

关键词：profibus-dp;dp主站; ppo;变频器中图分类号：tp273 文献标识码：a 文章编号：1006-8937（2016）03-0072-021 概述随着工业自动化程度的不断提高，变频器作为电机的驱动机构使用日益广泛。

由于工业网络控制系统已成为自动控制系统发展的主流方向，传统的变频器已无法脱离工业网络而独立存在。

本文就西门子s7-300 plc和丹佛斯fc 300型变频器为例，对在企业中profibus-dp 网络下变频器的应用做一探讨。

2 技术要点2.1 profibus-dpprofibus-dp主要用于自动化系统中plc与现场分布式输入/输出设备之间的数据交换，主要用于连接以下设备：plc、变频器、et 200。

profibus-dp采用rs-485双绞线传输数据，波特率从9.6 k bit/s到12 m bit/s，站点类型可分为主站与从站。

主站与从站之间的通信基于主-从原理，dp主站依次访问dp从站，主站与从站间周期性地交换用户数据。

2.2 过程参数对象此处，对下文实例中所用到的ppo type 4 进行介绍。

ppo type 4用于非循环参数访问，即只能访问pcd，不能访问pcv，且pcd部分只有12个字节，其结构如图1所示。

3 案例实施3.1 系统结构本案例实现在profibus-dp网络下plc与变频器之间进行通信，进而实现变频器在设定频率下对电机的正反转运行控制。

系统结构图及数字量输入输出模块接线图，如图2和图3所示。

3.2 系统组态①打开step7软件，新建项目-插入simatic 300站点，根据系统结构组态，见表1。

②右击cpu中的dp模块，选择“添加主站系统”选项，出现对话框后，单击“新建”按钮，单击“确定”，出现profibus-dp网络，如图4所示。

PLC自动控制技术在变频器中的应用摘要：电气工程中有很多的电动机需要长期或者间歇运行，有的需要变频控制，有的为了更加精细地控制产品指标和生产参数，采用多元化的控制方式，包括直接启动、软启动、正反转启动、降压启动、变频器控制等。

变频器控制在自动控制中有着举足轻重的作用，包括启停控制、运行、故障、电流、频率给定、频率切换等方式，电机扭矩等大量的电信号需要与PLC进行数据交换，采用一对一硬接线的方式可以实现控制目的，但需要很多的接线进入PLC模块，这会影响系统的性能，工作量很大，容易出错，且成本高。

采用PLC与变频器通信的方式来控制电机，可以实现更好的控制效果。

基于此，本文探讨PLC自动控制技术在变频器中的应用。

关键词：PLC；变频器；自动控制应用一、PLC技术概述（一）工作原理PLC为可编译逻辑控制器，是一种新型的控制系统，由于系统中采用了现代化技术，可对被控制模块实施专业化、自动化管理。

PLC技术可分为输入采样、用户程序运行和输出更新三个阶段。

第一阶段，该技术允许综合学习和分析读取相关数据，以相对牢固地存储相关数据。

第二阶段PLC技术主要进行科学合理的扫描。

计算用户显示的梯形数据，确保其逻辑和可靠性，并在固定文件中显示数据的实际处理条件和结果。

在第三阶段，PLC技术允许初始数据传输、在固定区域中完整显示数据，然后向外传输数据。

CPU技术在PLC技术的开发中起着关键作用，因为它能够相应地处理数据，确保这些过程的可靠性和效率，并能够更好地检测和分析自动化系统的实际运行情况。

随着我国科学的发展，近年来，PLC技术从长远来看已有了积极的发展。

但是，PLC的运行机理与我们平常所见或所用的普通电脑装置有很大的区别。

通常，PLC的工作模式是周期性重复扫描，集中数据采集和更新，并按次序指令执行。

我们把整个扫描过程称为一个循环。

从内部工程师的观点，扫描周期可以分为三个阶段：输入信号扫描，工业控制程序的执行，以及输出信号的更新。

基于profibus_DP 的西门子PLC 与AB 变频器之间的数据通讯关键字:AB 变频器,通讯,PLC,数据交换.作者:孙懿Profibus 是目前工控系统中比较成熟的现场总线之一,得到了广泛的应用.它是不依赖于生产厂家的,开放式的现场总线,各种各样的自动化设备均可以通过同样的借口协议进行信息交换.在天钢的三套600TPD 石灰窑中,广泛应用了AB 变频器对电机进行交流调速,和西门子PLC 来进行PID 控制和其他重要控制,它们之间的通讯就是基于DP 网络的双向数据交换.一.系统配置以及通讯协议(一).系统配置该系统以西门子公司和AB 公司的相关产品来实现全数字化交流调速系统在profibus_DP 网中的通讯及控制原理.下图为网络配置图:西门子S7 400DP 主站20-COMM-P 适配器AB POWER FLEX 700系列变频器22-COMM-P 适配器AB POWER FLEX400系列变频器其它ET-200 DP从站I/O其中CPU为西门子的S7 414-2 DP,变频器为AB公司的POWER FLEX 400系列和POWER FLEX 700系列.其中与POWER FLEX 400系列的变频器配套使用的适配器为22-Comm-P,与POWER FLEX 700系列的变频器配套使用的适配器为20-Comm-P.编程软件为STEP 7 V5.4,用S7 400 PLC 进行编程及对profibus_DP网络进行组态和配置.上位机画面采用WINCC6.2进行操作编程,上位机和西门子PLC通讯方式采用以太网.(二).通讯协议在本系统中,S7 400为DP主站,变频器为DP从站,主站向从站发送启动命令,停止命令,故障复位,速度给定等命令,从从站接收当前电流值反馈,速度反馈,故障代码等状态或反馈.变频器和通讯适配器(22-COMM-P或20-COMM-P)相连接.(三).STEP 7编程环境下的系统硬件配置和组态连接使用STEP 7 V5.4组态软件,进入Hardware configure完成S7 400的硬件组态.(如上图)1.将20-COMM-P和22-COMM-P的GSD文件(随适配器附送)导入到STEP 7的编程环境中,然后将它们拖放至已经建立好的相应的DP总线中,并设置其DP地址,此时展开STEP 7中的20-COMM-P,如下图2.将里面的组件CTRL/STAT & FEF/FDBK (2+2BYTES)拖放至20-COMM-P的第一槽位,如果用户需要读取更多参数(如电流反馈值,电压反馈值,当前母线电压值等)可以将DATALINK A (2*4 BYTES)拖放至20-COMM-P的其他槽位中,并分配其I/O地址.如下图3.在PLC里面建立一个数据块,用于变频器的数据通信,并建立一个变量表,用于观测实时通讯效果.二.变频器的参数设置变频器与PLC 应用profibus-DP现场总线连接成网络以后,除了在PLC自动化系统中进行编程以外,在每个变频器上也要进行适当的参数配置.在将变频器的适配器连接到变频器后,将地址拨码拨至对应的DP地址(注意22-COMM-P的地址拨码的最高位必须为1,此位的意义为FIRMWARE UPDATE固件升级,非升级固件时请将第八位拨至1),通讯电缆连接完成后,将变频器通电,进行参数配置.(一)P OWER FLEX 700的参数配置1.可能需要改变的参数意义简述:参数号参数意义默认值361 DIGITAL IN1 SEL 4(STOP-CF)362 DIGITAL IN2 SEL 5(START)90 SPEED REF A SEL 2(ANALOG IN2)298 DPI REF SELECT 0(MAX FREQ)300 DATA IN A1 0(DISABLED)301 DATA IN A2 0(DISABLED)302 DATA IN B1 0(DISABLED)303 DATA IN B2 0(DISABLED)304 DATA IN C1 0(DISABLED)305 DATA IN C2 0(DISABLED)306 DATA IN D1 0(DISABLED)307 DATA IN D2 0(DISABLED)310 DATA OUT A1 0(DISABLED)311 DATA OUT A2 0(DISABLED)312 DATA OUT B1 0(DISABLED)313 DATA OUT B2 0(DISABLED)314 DATA OUT C1 0(DISABLED)315 DATA OUT C2 0(DISABLED)316 DATA OUT D1 0(DISABLED)317 DATA OUT D2 0(DISABLED)更多请参考AB POWER FLEX 700用户手册.2.需要改变的参数待变频器上电后,变频器的STS灯会不停呈红色闪烁状态,这是由于端子的急停信号(使能)并没有连接至公共端(如果现场有急停按钮或停止按钮的闭点接入此端子,则不会报错).将参数361和362置为0(NOT USED)后按复位按钮,看见STS灯为绿色闪烁状态,表示变频器已经准备完毕,可以随时启动.a)参数90-SPEED REF SELECT改为22(DPI PORT 5),由于变频器默认的速度给定并不是远程DP总线,而是端子上的ANALOG IN2通道,所以要让变频器接受远程DP总线的速度给定,必须将此参数改为22(DPI PORT 5),即接收DP适配器的速度给定.b)参数298-DPI REF SELECT改为1,由于变频器默认的速度给定是对应的MAXFREQ(最大频率)而AB变频器的默认最大频率是110Hz,这样西门子在给定速度字中写入32767,AB变频器会认为是110Hz;若将298参数改为1,则变频器会将50Hz认为是速度最大值,此时的速度给定字32767会对应速度50Hz.c)参数301至参数307,这些参数连接可以连接到几乎AB变频器的任意参数(如加减速时间等等),远程DP总线对该双字(32位)进行写入时,将会改变连接到的参数号的参数值.例如:若将参数301里的内容置为140-ACCEL TIME1,此时远程对DP总线的DATAIN A1里写入一个双字(32位),则变频器里的140参数将会被置入写入的双字.d)参数310至参数317,这些参数连接可以连接到几乎AB变频器的任意参数(如电流/电压反馈等等),远程DP总线读取该双字(32位)时,将会读取到连接到的参数的值.例如:若将参数310里的内容置为3-OUTPUT CURRENT,此时读取DATA OUT A1里的双字(32位),读取出来的数字即为变频器当前输出的电流值.注意:如果读取的参数有小数点,AB会将该参数乘以10的倍数直到小数点消失为止.例如:1.电流的有效小数点位数是1,即电流值可能为34.5安培,此时读取的双字会为345(被放大了10倍).2.频率的有效小数点位数是2,即频率值可能为32.45赫兹,此时读取的双字会为3245(被放大了100倍).3. 读取其它布尔量参数根据POWER FLEX 700提供的LOGIC COMMAND WORD表格(如下图)可以通过将对应的位写入来给变频器相应的命令.(更详细的资料请见POWER FLEX 700的配置说明书)需要注意的是LOGIC BIT的高八位对应的西门子的低字节,低八位对应的西门子的高字节.假设LOGIC BIT对应的字为QW10,那么LOGIC BIT的第0位(stop命令)对应的地址应当是Q11.0,第1位(启动命令)对应的地址应当是Q11.1,以此类推.POWER FLEX 700的逻辑控制字表格和逻辑状态字表格见附表一.(二)P OWER FLEX 400的参数配置1.可能用到的一些AB变频器参数参数号参数意义默认值B003 OUTPUT CURRENT READ ONLYB007 FAULT 1 CODE READ ONLYP036 START SOURCE 3(2-W-LVL SENS)P038 SPEED REFERENCE 2(ANALOG IN 1)更多请参考AB POWER FLEX 400用户手册.2.需要改变的参数a)参数P036-START SOURCE需要改成5 ,变频器默认的启动源是3-端子输入,将其改成5(COMM PORT)以用远程DP指令启动.b)参数P038-SPEED REFERENCE需要改成5,变频器默认的速度给定是2-端子模拟量通道1,将其改成5(COMM PORT)以用远程DP指令给定.3.22-COMM-P的通讯协议:此通讯协议在profibus的IO区域占用4个字(共64位).请求和相应是一个握手过程,这意0.无请求1.请求参数值2.改变参数值3.Spare4.最大参数5.最小参数6.默认值7-15. 保留假设西门子S7 400主站要向AB POWER FLEX 400请求返回当前的电流值,由于这是一个请求参数值的过程,那么在Request里的RC里必须写入1.b)SPM—保留位(BIT 11),该位应当永远为0.c)PNU—参数号(BIT 0-10)这11位里的内容会告诉AB变频器DP主站希望得到哪个参数的值.假设是电流值,AB POWER FLEX 400里的参数表中当前输出电流值的参数号是3,那么PNU应当为3.d)必须注意:由于西门子对高地位定义和DP总线对高地位的定义不同,所以无论西门子主站发送数据还是接收数据,都必须将字的高字节和低字节颠倒,才能正确的写入/读取数据.结语: 变频器控制系统采用了Profibus-DP现场总线控制模式后，不但整个系统可靠性强，操作简便，而且可根据工艺需要进行灵活的功能修改。

摘要】提出并实现了一种以S7-300可编程逻辑控制器作为核心控制装置，使用工业控制计算机通过Visual Basic 6和MS SQL Server数据库实现上位机画面监控和系统管理,以OPC作为软硬件通讯接口，以Profibus-DP现场总线方式控制西门子G150变频器在城市供水泵站中的应用。

实现了调节城市管网供水压力及节约能源和系统管理的目的。

【关键词】变频恒压供水；SINAMICS G150；PLC；OPC；VB6；DP现场总线1．引言经随着城市建设规模的不断扩大和生活水平的提高，加上居住小区推行一户一表供水以后，对市政管网供水的可靠性（压力、流量）要求越来越高，各种分散或集中加压设施也逐渐增多。

在这些加压设施中，采用调节水池加上变频调速恒压供水系统（以下简称系统）变量供水方式在稳定城市管网压力、节约能源、系统监视管理方面已显现出极大的优越性。

2．系统组成情况2.1 SINAMICS G150变频器源于西门子最新传动家族的SINAMICS G150高性能单机变频调速柜适用于所有单电机传动的应用，满足多种负载特性的要求，包括平方转距，线性转距，恒转距及恒功率负载类型.。

采用紧凑高品质威图(RITTAL)柜式设计，节省占地面积30%~70%。

柜内强电保护，安静运行(低于67dB)。

使用全新主控制板CU320，智能化设计，采用CF软件存储卡，提供光缆接口和ProfiBus接口，功能操作面板AOP30和功能强大的软件工具STARTER进行选型，调试，节能计算。

SINAMICS G150变频器配合N-Compact电机非常适用于使用平方律扭矩特性驱动泵和风机的变频器操作。

2.2 可编程序控制器（PLC）选用西门子S7-300系列通用型PLC。

该系列PLC能适合自动化工程中的各种应用场合，使用模块化结构，各种单独的模块之间可进行广泛组合以用于扩展。

使用CPU313C-2DP为核心控制单元，该模块带MPI和ProfiBus-DP通信接口，配有MMC存储卡，免维护，集成了24DI/16DI的数字量IO，再扩展一个8AI的模拟输入模块用于管网压力，流量，蓄水池水位及电机轴承温度等模拟量的检测。