交直流传动装置的网络通讯研究与应用

摘要：
   自动化网络通讯是工厂自动化控制系统的重要部分。基于工业以太网络的管理层和Profibus-DP的控制层构成完整的控制系统。本文从现代自动化控制网络入手，对包括4台6RA70、1台6SE70、2台远程I/O站与西门子S7-400PLC所构成的通讯网络进行深入分析和研究。提出控制字控制交直流传动装置的运行状态，该方案利用网络传输控制字提高系统性能和大大简化了接线，提高工作效率。
关键词：工业以太网；现场总线；直流调速器；交流调速器 
1 概述
    本文以现代自动化控制网络进行研究及讨论其应用。该系统有2个操作站，上位机计算机与PLC通过工业以太网通讯，2台上位机计算机都装有以太网卡CP1613。管理层采用工业以太网通讯，控制层采用Profibus-DP现场总线通讯。西门子S7-300PLC和S7-400PLC作为PLC控制站，直流驱动器有西门子6RA70系列、艾墨生CT公司Mentor  系列，交流传动装置有西门子6SE70系列、安川公司CIMR-G7系列，2台ET200M远程I/O站。本文将介绍4台6RA70、1台6SE70、2台远程I/O站与西门子S7-400PLC所构成的通讯网络。
2 装置介绍
2.1 PLC通讯及远程I/O站
    西门子S7-400为大型PLC，这里，通讯模块CP443-1EX11-0XE0与交换机OSM62连接，操作台计算机网卡与OSM62连接，这样就完成了工业以太网的硬件要求。ET200为远程I/O站，为了减少信号电缆的敷设，在设备附近放置不同类型的I/O站，如：ET200M、ET200L、ET200S、ET200X等，ET200M适合远程站点I/O数量较多的情况下使用。运动中心的2台ET200M的具体配置见后面的系统组态。ET200M与PLC的通讯关键在于网络组态以及ET200M的地址的设定。组态ET200M的输入/输出模块从4号槽开始，3号槽留空，组态的型号必须与硬件上保持一致。当组态的时候，编程人员选择的模块可以放入到相应变成绿色的槽。组态Profibus-DP网络的时候，ET200M的地址应该与拨码开关一致，在网络中，每一台设备的地址是开门锁的钥匙，地址一定要设置正确。ET200M与PLC用Profibus-DP电缆连接，如果是网络的终端站，那么一定要将DP接头的终端电阻拨到ON上。
2.2 交直流传动装置
    系统的交流传动装置采用的是6SE70系列，该系列的变频器采用的是嵌套技术，技术参数可以根据需要进行嵌套使用。另外加CBP2通信板（即西门子Profibus-DP通讯板）。西门子矢量控制型变频传动装置具有很大允许电压波动范围、体积小、通讯功能强大，并且可同直流传动装置100%的兼容。对变频器的控制设置有内控和外控。当操作人员选用内控的时候，PMU操作面板有效，控制柜上的控制信号不起作用，在这种控制模式下，变频器的起动和停止由PMU面板上的“1”和“0”控制。当操作人员选用外控的时候，控制柜门上的控制信号有效，内控与外控的切换是通过改变参数P554的值，其值为5的时候，内控有效。
    直流传动装置采用的是6RA70系列，该系列装置也是采用参数嵌套技术，另外加有另外加CBP2通信板。控制柜门上设置有起动、停止、故障恢复按钮。起动按钮需要设置自保持功能，端子39作为停止按钮，设置自保持功能如下：P444=17，P445=1。交直流装置在网络中的连接采用Profibus-DP电缆，将DP接口插进CBP2通讯板，然后在P918中设置网络地址。
3 系统应用
3.1 系统组态
    网络硬件组态，西门子S7-400PLC的编程软件为STEP 7。启动STEP 7，打开向导，按照向导提示信息生成一个项目。打开该项目的硬件组态编辑器Hardware,就可以进行硬件组态了。 
    Profibus-DP网络是按照主从站方式进行工作的，CPU为主站，交直流传动控制器和分布式I/O作为网络的从站，个从站的地址不允许重复。分布式I/O的模块组态成为整个网络的输入/输出信号。在组态编辑器中，点击ET200M，在分布式I/O模块的组态槽处放入模块，在组态ET200M的时候，模块的其始地址由程序员设计。图2为系统1#操作台ET200M的组态情况，从图中可以查出具体的地址分配 
3.2 网络通讯数据
    交直流传动控制器在Profibus-DP前置文件中，周期型通道的数据结构被定义为参数过程数据对象PPO。它分成不同两部分——PZD部分和PKW部分，且能用报文分别发送。PZD部分：即过程数据部分，包括装置的控制字、设定值、状态字和实际值；PKW部分：即参数部分，用于读写装置的参数值。西门子S-400PLC通过Profibus-DP总线对控制字的16位进行置位和复位。就可以对电机控制。
3.3 PLC程序 
    为了实现CPU主站与网络从站之间的通讯，我们必须在主站编写正确的程序。这就要求调用SFC15（DPWR-DAT）。首先新建DB1，在DB1中编写地址，运动中心的DB地址如图4所示。在FC3中编写通讯程序，系统的程序如图5、6所示。在进行通讯过程中，由程序对电机进行合闸/分闸及运行使能的同时，装置的电源合闸/分闸端子和运行使能端子始终要保持高电平。否则，会造成通讯的失败。当硬件条件满足时，将CPU达到RUN，我们改变1#操作台和2#操作台的开关状态时，n733的值会相应变化，则说明通讯数据传输成功。
    1#操作台对应的字节为IB12～IB15，2#操作台对应的字节地址是IB20～IB23。1#操作台开关控制通讯控制字情况为I13.0→B3200…I13.7→B3207，I12.0→B3208…I12.7→B3215；I14.0→B3308…I14.3→B3311。2#操作台的开关控制装置控制字情况为I20.0→B34008…I20.7→B3415，I21.0→B3400…I21.7→B3407；I22.0→B3508…I22.3→B3511。
5 总结
    工业以太网是国际标准，Profibus-DP是目前我国zui为广泛的现场总线之一。我们通过以太网可以将管理层与控制层连接，通过Profibus-DP可以将具有该网络通讯功能的现场设备有机的起来。这样，上位机系统和现场设备通过网络就构成一套完整的工厂自动化控制结构。我们将其应用于武汉科技大学运动中心的传动系统，经过半年多的运行，系统设计先进、控制系统运行在两个操作台上进行, 武汉科技大学运动中心是博士点重点研究方向及教育部工程中心。自动化网络控制是现代自动化重点研究内容，拥有很好的前景