PROFIBUS—DP总线在变频调速系统中的应用研究

王光梅

【摘要】 本文研究设计了一套采用西门子S7-200/300系列 PLC与变频器和交流变频调速装置组成的变频调速系统，并对该系统的网络组态、硬件组成、软件设计及程序编写进行了详细的论述。该系统基于PROFIBUS-DP总线的主从结构控制能够实现主站对智能从站的实时监控，成功完成了系统的控制要求。

【关键词】 PROFIBUS-DP 可编程控制器 变频调速一、研究的背景

目前，变频器的控制大多是外部控制模式，以继电器吸合/断开和模拟电压输入作为变频器外部控制回路的输入信号，导致变频器控制系统布线增多，过多的继电器降低了系统的稳定性，增加了系统的故障率。为了减少布线成本和降低故障率，可以利用现场总线控制系统，仅需一根电缆就可以控制多台变频器的运行。通过网络通讯进行数据交换的方式越来越普遍，以PLC作为企业自动化控制的中心枢纽，在设备的自动化方面已经不可缺少，PLC与变频器通过PROFIBUS DP网线实现通讯功能，为自动化程度的发展向前迈了一大步。

二、研究的意义

通过利用可编程控制器 PLC与现场总线的通信来控制变频器。使其在工业控制中完全依靠编程就能够控制现场的设备。以实现真正的工业自动化控制。这种控制方式初步形成了变频调速系统的网络通信，对未来工业控制的发展奠定了坚实的基础。变频调速系统的网络组建与通信的方法以其优越的性能在实际的工业控制中必将得到广泛的应用。

三、未来的方向

交流变频调速技术是强弱电混合、机电一体的综合性技术，既要处理巨大电能的转换（整流、逆变），又要处理信息的收集、变换和传输，因此它的共性技术必定分成功率和控制两大部分。

前者要解决与高压大电流有关的技术问题和新型电力电子器件的应用技术问题，后者要解决（基于现代控制理论的控制策略和智能控制策略）的硬、软件开发问题（在目前状况下主要全数字控制技术）。

四、系统描述

在每个PROFIBUS-DP子网下面，分别用SIMOVERT MASTERDRIVES Vector Control 6SE70变频器（以下简称6SE70） 控制1台交流电机，用SIMOREG DC-Mater 6RA70整流装置（以下简称6RA70）控制1台直流电机，用来模拟工业自动化系统里的现场级传动设备。用SIMATIC S7-300 PLC（以下简称PLC）通过Profibus通讯，控制现场级各电机的启动、停止、速度给定等，同时读取回来现场级各电机的运行状态、速度实际值、电流实际值等信息。

五、网络配置图描述

整套系统由5个PROFIBUS-DP（现场总线）子网与1个MPI（多点接口）网构成。每个PROFIBUS-DP子网由西门子S7-300PLC（具有PROFIBUS-DP通讯口）作DP主站，其下面有2个Drive（装有Profibus通讯模板CBP2）从站，可实现PLC对现场Drive的监控。

六、软硬件主要组成

组成该网络系统的主要软硬件有：1）西门子SIMOVERT MASTERDRIVES Vector Control 6SE70变频器（5台），安装有CBP2通讯模板2）西门子SIMOREG DC-Mater 6RA70整流装置（5台），安装有CBP2通讯模板。

七、现场级传动装置

本例规定：将PLC的DP总线地址定义为2，6SE70的DP总线地址定义为3，6RA70的DP总线地址定义为4。PLC以1.5Mbps的传输速率，各向6SE70及6RA70发送6个字的过程数据，各从6SE70及6RA70接收6个字的过程数据。

● 在Step7中创建功能FC101（PLC<==>6RA70），在Step7中对PZD读写时，需要调用系统功能SFC14和SFC15，SFC14（“DPRD_DAT”）用于读Profibus从站的数据，SFC15（“DPWR_DAT”）用于将数据写入Profibus从站，其中W#16#100（即256）和W#16#10C（即268）是6SE70和6RA70硬件组态时PZD的起始地址。

● 在Step7中创建功能FC2（16384<==>100%）。由于西门子传动装置规定，其内部模拟量的传输都是整数的，整数16384对应于100%，

● 在Step7中创建功能FC1（主联锁）。主要完成系统的合分闸、急停故障、故障复位、开停车、速度给定切换等基本联锁控制。