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基于Profibus—DP的西门子PLC与ABB变频器之间的数据通讯


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基于 P r o i f b u s — D P的西门子 P L C与 A B B变频器之 间的数据通讯 

基于 P r o f i b u s — D P   的西 门子 P L C与 A B B   变

频 器之 间的数据 通讯 
摘 要: 本 文介 绍西 门子 S I MA T I C¥ 7 - 3 0 0系列 P L C与 A B BA C S 6 0 0系列 变频器通 过 P r o i f b u s — D P现场 总线 的数据通讯 。 主  要讨 论 了系统配置及 通讯 协议 、 S T E P ' / 编 程软 件环境 下的 系统硬 件 组态及通讯 编程 和变 频器 运行参 数设置 等关键 技术环 节。   关 键词 : s 7 — 3 0 0 P L C ; A B B变 频器 ; P r o i f b u s - D P现场 总 线 ; 数 据通 讯 ; 通 讯 协议 ; 系统 组态 
中圈分 类号 : T N9 1 9 . 7 1   文献 标识 码 : B   文 章 编号 : l 8 1 7 — 0 6 3 3 ( 2 0 0 8 ) 01 — 0 0 7 3 — 0 2  

Da t a  Co mmun i c at i on   Be t we e n   S i e me n s   PLC  an d   ABB  Fr e q u e n c y   Co nv e r t e r   Ba s e d   o n   Pr o ib f us —DP 
Ab s t r a c t :A   d a t a   c o m mu n i c a t i o n   w i t h   P r o i f b u s — DP   b e t w e e n   S I MA T I C¥ 7 - 3 0 0   s e r i e s   P L C   a n d   AB B   AC S 6 0 0   er s i e s   F r e q u e n c y  

C o n v e r t e r( F C ) i s   d i s c u s ed s   i n   t h i s   p a p e r . T h e   k e y   t e c h n o l o g i c a l   p o i n t s   a r e   f o c u s e d   s u c h   a s   t h e   s y s t e m  c o n f i g u r a t i o n   nd a   c o mmu n i c a —  
t i o n   pr o t co o l ,t h e   h a r dwa re   c o n f i ur g a t i o n ,c o mm u n i c a t i o n   pr o g r a mmi n g   nd a   t h e   FC   p a r a me t e r s   s e t t i n g   u n d e r   S T EP' /s o f t wa r e   pr o g r m - a  
mi ng   e n v i r o nme n t .  

Ke y wor ds :S 7- 3 0 0  PL C;ABB F r e q u e n c y  C o n v e r t e   r :P h bu s —DP F i e l d bu s ;Da t a   Co mm u n i c a t i o n ;C o mmu ni c a t i o n   P r o t co o l ;  
S y s t e m  Co n ig f u r a t i o n  

1 引言 
P r o i f b u s 是 目前 工 控 系 统 中最 成 功 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 通 过 同样 的 接 口协 议 进  行 信 息 的交 换 。P r o i f b u s — D P ( D i s t r i b u t e d   I / O   S y s t e m 一 分 布 式 

制系统 采用 P r o i f b u s — D P过程 现场 总线 通讯 技术 方案 , 自动化  控制单 元 与变 频器 采用 不 同厂家 的产 品 ,分别 采用 西 门子 的  S 7 — 3 0 0   P L C和 AB B公 司 的 AC S 6 0 0变 频器 。  

2 系统配置及通讯协议 

( 1 ) 系统 配置  I / O系统) 是一种经过优化的模块 , 有较高 的数据传输率 , 适  该 系统 以西 门 子公 司 和 A B B公 司的 相 关产 品 来 实 现全  用于系统和外部设备 之间的通信 , 远程 I / O系统 尤为合适 。   它允许高速度周期性 的小批量数据通信 ,适用于对时间要  数字 交 流调 速系统 在 P r 0 i f b u s — D P网中 的通讯 及控 制原 理 。 图  1 为该 系统 的 P r o i f b u s — D P网的 网络配 置图 , 其中 P L C为西 门  求 苛 刻 的 自动 化 控 制 系统 中 。   P r o i f b u s — D P现场 总线 系统 可使许 多 现场 设备 ( 如P L C 、 智  能变送器 、 变频器) 在同一 总线进行 双向多信息数字通讯 , 因  此 可方 便 地 使 用 不 同 厂家 生 产 的 控 制 测量 系统 相 互 连 接 成  通 讯 网络 。 济 钢鲍 德彩板 有 限公 司是 济钢 集 团总公 司 2 0 0 3 年 
子公 司的 S I MA T I C   S 7 — 3 1 5 — 2 D P, 变 频器 为 A C S 6 0 0系列 , N P —  

B A 一 1 2为与 变 频 器 配 套 的通 讯 适 配 器 。编 程 软 件 为 S T E P 7  

V 5 . 2软件 , 用 于对 S 7 — 3 0 0   P L C编 程 和对 P r o i f b u s — D P网进行  组 态 和通 讯配 置 。上位 机 画 面操 作采 用 Wi n C C 5 . 1 进 行 画 面  与P L C通讯 采用 以太 网通 讯方 式 。   投 资兴 建 的年产 2 O 万 吨大 型彩板 生产 基 地 , 其生 产线 中 的固  编 程 和操作 , ( 2 ) 通讯 协议   化炉 、 导 热油 炉 、 煤气 制氢 中的煤气 系统 必须 对煤 气 通过煤 气  加压 机进 行 二 次加 压 才能 满 足生 产 工 艺要 求 , 煤 气 加压 机 控  在 本 系统 中 , S 7 — 3 0 0   P L C作 为 主站 , 变频 器作 为从 站 时 ,   主站 向 变频 器传 送 运行 指 令 , 同时 接受 变 频 器反 馈 的运 行 状  态 及故 障 报警 状 态 的信 号 。变频 器与 N P B A 一 1 2 通 讯适 配 器  模 块 相 连 ,接 人 P r o i f b u s — D P网 中作 为 从 站 ,接 受 从 主 站  S I MA T I C   S 7 — 3 1 5 — 2 D P来 的控 制 。N P B A 一 1 2通 讯适 配 器模 块  将从 P m i f b u s — D P网 中接 收到 的 过程 数 据存 人 双 向 R A M 中,   的每一 个 字都 被编 址 ,在 变频 器 端 的 双 向 R A M可 通 过被 编  址 参数 排序 , 向 变频 器 写入 控 制字 、 设 置值 或 读 出实 际值 、 诊  断 信息 等参 量 。   变频 器 现 场 总线 控 制 系统若 从 软 件 角度 看 , 其 核 心 内容  是 现场 总线 的 通讯协 议 。 P r o i f b u s — D P通讯 协议 的数 据 电报结  构 分 为协 议头 、 网络 数据 和 协议 层 。网络 数 据 即 P P O包 括参  数值 P K W 及过 程数 据 P Z D 。 参 数值 P K W 是 变频器 运行 时要 

定义的一些功能码; 过程数据 P Z D是变频器运行过程中要输  入腧 出的一 些数 据值 , 如频 率 给定 值 、 速 度反 馈值 、 电 流反 馈  值 等 。P r o i f b u s — D P 共 有两 类 型的 网络 P P O : 一 类 是无 P K W 而 
有 2个字 或 6个 字 的 P Z D; 另 一类 是有 P K W 且 还 有 2个字 、 6  
图 1系统 网络配置图 

个字 或 1 O 个字的 P Z D 。将 网络数 据这 样 分类定 义 的 目的 , 是  为 了完成 不 同 的任 务 ,即 P K W 的传 输 与 P Z D的传 输互 不影 

2 0 0 8年 1 、 2月 第 1 、 2 册 总第 8 1 、 8 2册 

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基于P r o i f b u s — D P的西门子 P L C与 A B B变频器之 间的数据 通讯 

响, 均 各 自独立 工作 , 从 而使 变频 器 能够按 照上 一 级 自动化 系  统 的指 令运行 。  

( 3 ) 5 1 . 0 3 一 本参数为 P r o i f b u s 连 接选 择 的 P P O类 型 , “ 3 ”   为P P O 4 ,但变频器上的P P O类型应与 P L C上组态的 P P O类 
型 一致 。  

( 4 ) 5 1 . 0 4 一 本参数用于定义设备地址号 , 即变频器 的站点  3   S T E P 7编程软件环境下的系统硬件组态及通讯  地址,在 P r o i f b u s 连路上的每一台设备都必须有一个单独的  编程 
、 3 号站 。I q   ( 1 ) 使用 S T E P T V 5 . 2 组 态软件 , 进入 H a r d w a r e   C o n i f g u r e   地 址 。本次设 计 中两 台变频 器分 别 为 2 4 . 2 过 程参 数 的连接  完成 s 7 — 3 0 0   P L C硬 件组 态 :   过程参数互联完成 N P B A 一 1 2双端 口 R A M 连 接 器 与 变  ( 2 ) 选定 s 7 — 3 1 5 — 2 D P为 主 站 系统 , 将 N P B A 一 1 2的 G S D   包 括 主站 ( P L C ) 到 变频 器 的连 接  ( 设 备 数 据库 ) 文 件 导人 S T E P 7的编 程 环 境 中 , 软件组态 N P —   频 器相 应参 数 的定 义 和连 接 , P L C ) 的连接 两部 分 。 在 变频 器上设 定 下列 连  B A 一 1 2到 以 s 7 — 3 1 5 — 2 D P为 主 站 的 D P网上 ,并选 定 使 用 的   和 变频 器到 主站 ( 接 参数 。   P P O类 型 , 本设 计使 用 P P 0 4 , 设定 站点 网络 地址 。 在变 频传 动  ( 1 ) 从P L C发 送 到传动 装置 变频 器 的 P Z D值  装置 P r o i f b u s 的结 构 中 , A B B变 频器 使用 P r o i f b u s — D P 通 信 模  l   P Z D 1 一 控 制字 , 如 变频 器 的启 动使 能 、 停止 、 急 停 等控 制  块( N P B A 一 1 2 ) 进 行 数据 传 输 , 主要 是 周 期性 的: 主 机 从从 站 读  命 令;   取 输 入信 息并 把 输 出信息 反 送给 从 站 , 因此 需 要在 P L C主 程  序 中调用 两个 系统功 能块 S F C 1 4和 S F C 1 5 来 读写 这 些数 据 ,   l   P Z D 2 一 变 频器 的频 率设 定值 。   ( 2 ) 从 传动 装置 变频 器发 送 到 P I E的 P Z D值  实现到变频器的通信控制;   ( 3 ) 在主 P L C程 序 中建 立 一 个 数 据块 , 用 于 于变 频 器 的   l   P Z D 1 一 状 态字 , 如 报警 、 故 障 等变 频器 运行状 态 ;   数据 通信 ; 建立 一 变量 表 , 用 于观测 实时 通讯 效果 。   l   P Z D 2 一 变频 器 的速 度实 际值 、 电流 实 际值等 。  

4 变频器运行参数设置 

5 结束语 

变频 器 与 P L C应 用 P r o i f b u s — D P现 场 总 线 连 成 网络 后 ,   变频 器控 制 系统 采 用 了 P r o i f b u s — D P 现 场 总 线 控 制模 式  除在 P L C 自动 化 系统 中进 行 编程 外 , 在 每个 变 频器 上 也要 进  后, 不但整个系统可靠性强 , 操作简便 , 而且可根据工艺需要  行适 当的参数设置。通讯电缆联接后 , 启动变频器 , 完成对变  进 行 灵活 的功 能修 改 。该 系统在 济钢 鲍德 彩板 有 限公 司应用  频器通讯参数 的设置。   以后, 运 行效 果 良好 , 为今 后 总公 司 的 自动 化设 备 f 不 同 厂 家 
4 . 1 基 本设 置 

( 1 ) 5 1 . 0 1 一 模块类型 , 本参数显示由传动装置探测到的模 

的网 络 通讯 ) 提 供了 一 个成 功典 范。 团 

块型号。 其参数值用户不可调整。 如果本参数没有定义 , 则不  参考文献  【 1 】 A B B电气传 动系统 有限公 司, A B B   P r o i f b u s 适 配器 模块 N P B A 一 1 2安  能在 模块 与传 动 之间 建立 通讯 。   装启动指南. 2 0 0 1 .   ( 2 ) 5   1 . 0 2 一 本参 数选 择 通讯 协议 , “ 0 ” 为选 择 P r o i f b u s — D P  
通 讯协议 。  
( 自西 门子 A &D 有 关 网 站 下 栽 )  

( 上接 4 4页 )  

梯度锐化方法 和最大类 间方差 分析的二值化方法; 并在图像分割  的算法 中 , 根据 实际情况对算法 进行了改进 , 提 出基 于矩形边缘 
密度 的分割算法 , 利用字符 区域大体为正方形或长方形 区域 的特  性, 快速而准确地标定模号字符所在 的象素位置 。最后通过试验 

模板, 因此 , 在模板 基础 上略减小 一点 , 二 次求精 的 阀值 选择为 
K h = 2 0 , K , - 4 0 , 得 到新的密度分 布数 列 D   [ w i d t h ] 和D   [ h e i g h t ] 。再  由新 的分布数列标定字符的位 置 , 如图 5 、 图 6所示。  

显然 , 图像 被分 割成 五块 , 且每一 块 的位 置都 与一 个 字符 
位 置相一 致 。字 符… 0’ 与 字符 … 6 之 间虽然 图像位置 连接 紧密 ,   但仍然 可 以准 确的 区分 开来 。分割后 的 图片的像 素位 数较 小 ,  

验 证了 分 割 结 果, 得 到了 较 为 满 意 的 结 论 。 团 
参考文献 

并且对 于原 图像的字 符部分保 留比较 完整 , 便 于后 面进行字 符 
的模板 匹配 。  

… 1 叶 四民 , 陈福祥 . 指 纹 图像 预处 理 中的二值 化技术 . 自动化 与仪器仪 
表, 2 0 0 1 , ( 9 4 ) : 3 0—3 4 .  

同时 , 对 于噪声的处理结 果也是可 以接受 的, 而后 面 的一个  字符… 1 ’ 被误标定 , 主要原 因是 因为圆柱形的底座 , 使得图像 采样 

【 2 】 佚 名. 啤酒瓶抽 样合格率 8 6 . 2 % . 农产 品市场周刊 , 2 0 0 7 , ( 1 9 ) .  
【 3 】牛秦洲,李正吾 .图像边缘提取 的分维算法.桂林工学 院学报 , 1 9 9 6,  
( 4 ) : 4 4 3—4 4 6 .  

当中不可避免地 采集 到多余 的字符信息 , 可以在下面的处理 中通 
过 上 下 文 关 系进 行 去 除 。  

【 4 J 王勇智. 数字 图象的二值化处理技 术探究 . 湖南 理工学 院学报( 自然科 
学版) , 2 0 0 5, ( 1 ) .  

【 5 J 王玮, 李 见为, 张腾. 指纹 图像 的预处 理算法. 计算机 应用 , 2 0 0 4 , 2 4 ( 5 ) :  

5 小结 
本文分析 传统的图像预处理算 法 , 认 为图像 的锐化 、 二值化 
与图像分割 , 是对 图像进一步匹配识 别之前的三个必然步骤 。而 

7 2 — 75 .  

作 者 简 介 

因为图像数据采集方式的不同 ,以及识别 过程关 心细节的不同 ,  
具体方法 的选择上各有差异。 本 文在具体工程实际情况的基础之  上, 对 比分析了几种锐化 、 二 值化的方法 , 最终选择 了 S o b e l 算子 
7 4  



柳  男, 生于 1 9 8 3年, 硕士研究生, 研究方向: 数字图像处理 , 模 式识别。  

牛秦洲  男, 生于 1 9 5 6年 , 博 士, 教授 , 硕士 生导师, 主要研究方 向: 自动化  技术, 先进 制造技 术。  

自动 化筐 ■ A U T O M A T I O N   I N F O R M A T I O N  


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