西门子PLC与ABB变频器之间的现场总线通讯技术

西门子PLC与ABB变频器之间的现场总线通讯技术
摘要：本文从变频器与西门子PLC之间所设置的总线连接方式出发，阐述了变频器（生产于ABB公司）应用中主从功能的实现方式，旨在说明通讯技术在变频器
与PLC之间的现场应用。

此种通讯方法已被我公司应用到了矿井提升机工作的变
频调速系统当中，而且其运行状态一直都很稳定。

关键词：ABB变频器；PLC；通讯技术；现场总线
引言：
Profibus-DP网具有数据传输率高的优势，可借助其实现I/O系统与其外部设备的通信功能，且这种功能稳定而可靠，而且其具备适应于远程I/O的优势。

由于Profibus-DP在现场总
线通讯方面具有这一优点，故而我们特选择变频器（型号：ACS800）与PLC（型号：S7-300）实现了针对变频调速系统的网络通讯功能，实验发现可以通过网络对传动设备进行有效控制。

一、变频器与PLC之间的总线连接
（一）系统配置
本文旨在论述Profibus-DP模块下提升机调速系统的通讯模块及其系统控制模块的功能
是如何实现的。

该系统模式下的网络配置图见图1。

本文选择STEP7V5.2软件来对PLC予以
编程，同时借助该软件来处理Profibus-DP网的组态并完成系统之间的通讯配置。

（二）通讯协议
该系统以PLC、变频器依次作为主、从站模块来予以配置，主站的一个关键功能便是将
系统的运行指令传送给变频器，同时其接受来自于从站的故障信号与各项运行数据。

变频器
先要与通讯适配器相连，其被接入Profibus-DP网后即可在系统运行中收到来自于主站SIMATICS7-315-2DP的控制信号。

适配器可在双向RAM中稳定地存储Profibus-DP网运行中出
现的过程数据，RAM中所有字节已完成编址，变频器模块中的RAM可通过编址之间的排列
次序将各种设置值以及控制字等内容准确地写入变频器，同时也可读取到各种返回数据与诊
断信息[1]。

由软件层面看，变频器模块的总线控制系统的核心内容为总线所选择的通讯协议。

Profibus-DP协议所要求的数据结构为协议头、网络数据（PPO）、协议层；其中，PPO由
PZD（过程数据）与PKW（参数值）组成。

对于变频器的运行功能而言，PKW是一种功能码，代表运行指令；而PZD则属于系统输入/输出的数据值，如系统所反馈的电流值、速度值、
频率值等。

PPO的组成形式有两类：①仅由PZD（字数为2或6）组成；②2（或6、或10）个字的PZD而且有PKW。

二、变频器所遵循的主从方式
主从方式的设计是为了实现多传动应用功能，该系统的驱动模块是两个变频器，并用机
械接轴将2个电机轴耦合起来。

系统负载可经由主从功能被均匀划分至各传动部分。

但是，
整个提升机的控制信号只可通过主机发出，主机借助1个光纤串行通讯链路来对从机的运行
速度予以控制，而其他单元的传动速度皆取决于主机转矩。

钢机系统有单动与联动等2种不
同的传动方式，我们对这2台钢机采取主从控制之措施，用PLC经由Profibus来控制主机，
主机再对从机予以控制[2]。

从机的转矩受控于主机所发出的数据信号。

当机器速度偏差参数
被控制于23.08～23.09时，速度调节器会受到视窗功能的控制而保持输出/入值为0，将不会
起到控制速度的作用。

三、通讯技术的实际应用
（一）协议设计
（1）Profibus作为串行通讯标准，能够在自动化系统中实现各元件之间的实时数据交换；其有3种类型：Profibus-FMS、Profibus-DP、Profibus-PA。

对于Profibus-DP往中所用到的适配器来说，其只仅仅支持Profibus-DP协议。

（2）系统配置中，采购符合RS-485标准且质量合格的双绞型电缆，将其配置为总线的
传输媒介，总线电缆的实际长度根据系统所设置的传输速率而定 [3]。

在相同的Profibus网络
段上最多可连接31个节点，且没有必要引入中继器。

此时，节点已够用。

若引入中继器，
便可将节点连接数提升到127个。

（3）将通信协议规定为主从方式，以PLC、变频器依次设定成系统的主、从站，系统运行期间，主站主要用来负责给变频器发送相关的控制指令，并接收来自于变频器返回的运行
数据与状态参数。

选择RPBA-01类型的适配器用于实际通讯，并将其与变频器相连后接到Profibus-DP网，此即为系统从站，从站的运行状态时刻都受到主站信号的控制。

通过适配器
便可在双向RAM中准确地存储来自于Profibus-DP网的过程数据，在适配器的参与下，RAM
中所存储数据均可在系统运行中被写入变频器，同时可从变频器中读出相关运行数据与诊断
信息等，如此一来，便能够确保变频器遵循计算机的运行指令。

（二）STEP7系统组态与通讯编程
（1）组态软件选择STEP7V5.4软件，继而进入HardwareConfigure，在RPBA-01当中获
取到设备数据库（GSD）文件，并将其导入到STEP7编程环境中，通过对options-installGSDfile予以点击操作即可将变频器对应的GSD文件导入到STEP7环境中，ABB
0812.GSD便是GSD的文件名，此文件可在ABB网站或www. 下载。

（2）以S7-315-2DP作为提升机的主站系统，默认地址选择2，将变频器模块的RPBA-01组态至系统主站所配置的DP网上，合理设定符合应用要求的PPO类型，对于提升机的应用，我们选择了PPO4类型，接下来就是针对站点来设定网络地址。

（3）由PLC主机读取来自于从站的输入信息，同时输出相关的信息并将其发送至从站，在PLC主程序中，通过合理调用O/I模块中的SFC14、SFC15等功能块便可以准确地完成对于
这些数据的读写，通过这一过程就可实现变频器对通信功能的稳定控制。

此外，在PLC程序
中引入1个DBIO数据块以维护变频器的数据通信。

至此，便可借助该套系统来控制传动设备。

（三）设置变频器运行参数
接好电缆后，启动变频器并设置好其用于通讯的各种参数。

四、结束语
从实际运行情况来看，各系统能够通过PLC来对变频器的启动、停止以及给定速度等各
项功能进行有效而稳定的控制，达到了良好的工艺续需求。

再者，从上位机上便可显示出变
频器的相关数据，从而起到了在线诊断与监视的目的。

在将Profibus-DP总线模式应用到变频
器控制系统中后，不仅使系统的整体可能性得到了明显提升，而且也可按照实际生产中的工
艺需求来对其功能进行灵活修改，且易于操作使用。

参考文献：
[1]崔文，孟彦京.西门子PLC与ABB变频器之间的现场总线通讯的实现[J].变频器世界，2020（08）：60-62.
[2]陈凤娇，王鑫伟，王莉.西门子PLC与ABB变频器之间的现场总线通讯技术[J].科技创新与应用，2013（11）：29.
[3]李全林.西门子PLC与ABB变频器之间的现场总线通讯技术应用[J].机械管理开发，2011（04）：203-204.。