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1、PROFIBUS現(xiàn)場總線及其匯川變頻器DP應用技術,深圳市匯川技術有限公司 張志軍,幻燈片目錄,一:現(xiàn)場總線概念及發(fā)展史 二：PROFIBUSDP定義的設備類型 三：PROFIBUS網絡系統(tǒng)的類型 四：硬件組成，文檔和工具軟件 五：DP網絡配置工具的使用 六：匯川變頻器的DP特性和知識 七：在主站中對從站(匯川變頻器)進行讀寫操作 八：思考題和習題：,一:現(xiàn)場總線概念及發(fā)展史,1:總線概念： 現(xiàn)場總線是安裝在生產過程區(qū)域得現(xiàn)場設備，儀表與控制室內的自動控制裝置/系統(tǒng)之間的一種串行的，數(shù)字的，多點的，雙向通信的數(shù)據(jù)總線。 2:主流總線 1):PROFIBUS 2):DEVICENET 3):CA
2、NOPEN 4):CCLINK,一:現(xiàn)場總線概念及發(fā)展史（現(xiàn)場總線的控制方式）,一:現(xiàn)場總線概念及發(fā)展史（普通接線方式）,,,,一:現(xiàn)場總線概念及發(fā)展史,3：PROFIBUS的發(fā)展歷史 1987年由SIEMENS等13家企業(yè)和5家研究機構聯(lián)合開發(fā)； 1998年批準為德國工業(yè)標準DIN19245； 1996年成為歐洲標準EN50170 1999年成為國際標準IEC61158的組成部分 2001年批準為中國的行業(yè)標準JB/T10308.3-2001j 4：PROFIBUS國際組織（PI） 89年，德國的一些采用PROFIBUS規(guī)范的企業(yè)組PROFIBUS 用戶組織（PNO） 95年成立PROFIB
3、US國際組織（PI） 97年7月中國成立PROFIBUS用戶組織（CPO),掛在中國機電 一體化應用協(xié)會(CAMETA)下,,,二：PROFIBUSDP定義的設備類型,PROFIBUS-DP是一種支持多個主站的網絡系統(tǒng)，有三種設備類型 1：1類主站（DPM1） 中央控制器，他與分散的I/O設備（DPSLAVE）交換數(shù)據(jù)。網絡中允許若干個DPM1,那么，典型的1類主站是PLC。比如說，我們使用SIEMENS S7300的CPU通過DP網絡來控制帶DP卡MD320，這臺S7300的CPU就稱為1類主站 2：2類主站(DPM2) 用于組態(tài)，監(jiān)視或工程配置工具。他被用來設定網絡或參數(shù)，監(jiān)視DPSLAV
4、E.比如說，我們在PC機上安裝了一套配置DP網絡的工具軟件，可以用來設定網絡的相關參數(shù)，并上傳下載，那么，這臺PC就稱為2類主站。 3：從站(DPSLAVE) 直接連接的外圍設備，典型的就是我們的變頻器，儀器儀表，閥門 當然，這個所謂的外圍設備必須是帶DP接口的,三：PROFIBUS網絡系統(tǒng)的類型（單主站）,,三：PROFIBUS網絡系統(tǒng)的類型（多主站）,,三：PROFIBUS網絡系統(tǒng)的類型（解釋）,在一個DP網絡中，無論1類主站，還是2類主站，和從站，總線上只允許126 個站，我們可以將這些站稱之為網絡節(jié)點，簡稱節(jié)點(NODE)。 之所以一個總線能夠得到廣泛的應用并成為標準，是由于PROFI
5、BUS總線協(xié) 議是開放的，意味著，只要大家都遵循這個標準，那么不同的制造商的設備 都可以掛在這個總線下。例如，我們有一個支持PROFIBUS DP的SIEMENS S7 300的CPU,然后我們還有若干臺支持DP從站的HC MD3xx的變頻器， 有若干個支持DP的儀器，都可以掛到DP總線上。我們還需要給總線配置通 訊參數(shù)等，則還需要一臺安裝了配置軟件的PC來充當2類主站。 目前，世界上最流行的DP主站系統(tǒng)是SIEMENS S7300/400的CPU。CPU類 型有S7300的有CPU312,313,314,315,316,317T,318，S7400的 CPU412,414,416,417等。
6、凡是后綴帶有2DP的CPU都支持DP主站。 本質上，對安全性要求特別高的雙冗余熱備系統(tǒng)就是采用的PROFIBUSDP 技術,四：硬件組成，文檔和工具軟件（硬件1）,A：2類主站 1:安裝有WINDOWS XP SP2,STEP7 V5.2（西門子S7300/400編程軟件）的 PC機一臺 2:CP5611/CP5511通訊卡（PCI插槽MPI通訊卡）或PC適配器（S7300/400 的編程通訊電纜）一個 以上配置可將一臺PC變成DP的2類主站。,四：硬件組成，文檔和工具軟件（硬件2）,B:1類主站 S7300系列，支持DP主站的CPU 1臺。 C:從站設備 1：MD320變頻器，若干臺
7、 2：MDPFSS PROFIBUS DP從站通訊適配器若干 3：MDPFSS DP通訊適配器的GSD文件（可向深圳匯川技術有限公司索取或登陸網站WWW.INOVANCE.CN下載）,四：硬件組成，文檔和工具軟件（GSD文件解釋）,對于用戶而言，并不需要掌握GSD文件的具體內容，但是，一定要 知道有GSD文件，從站才可以掛到主站上。 1：總線上每個1類主站或從站必須有一個設備描述文件（GSD文件）， 這個文件里包含了PROFIBUS-DP設備的特性； 2：GSD文件包含了DP設備所有的特定參數(shù)，例如： （1）：支持的波特率； （2）：支持的消息幀長度； （3）：輸入/輸出數(shù)據(jù)的數(shù)量；
8、 （4）：診斷消息的功能和含義； （5）：模塊化設備的選項； 3：GSD文件是一個ASCII碼格式的文本文件； 4：每個組態(tài)工具需要關聯(lián)到GSD文件信息； 5：GSD文件由設備制造商創(chuàng)建和提供； 6：PROFIBUS國際組織提供GSD文件編輯器，便于用戶很容易的創(chuàng)建GSD文件； 7：GSD文件編輯器包含GSD語法檢查器，以使創(chuàng)建的GSD文件符合PROFIBUS的標準； 匯川變頻器DP卡提供的GSD文件名為：MD32PFSS.GSD,四：硬件組成，文檔和工具軟件（工具軟件）,DP網絡的配置工具由于是SIEMENS公司倡導的，因此，S7300/400 CPU編 程軟件就成了理所當然的DP網絡配
9、置工具,五：DP網絡配置工具的使用(硬件地址分配知識),1:DP的另一種叫法分布式I/O 在S7300/400組成的系統(tǒng)中，有時也把DP稱之為分布式I/O.也就是說， CPU將一個遠程DP站點當作是一個本地式的I/O模塊一樣來訪問。 在S7300/400系統(tǒng)中，I/O模塊是必須分配地址的?？梢圆捎孟到y(tǒng)自動 配置，也可以采用手工配置的方式來自由定義I/O模塊的地址。 在軟件中的操作如下： A：給空工程添加一個站點,可以添加一個300/400站點，這個站點將作為DP網絡中的主站。,五：DP網絡配置工具的使用(硬件地址分配知識),B:出現(xiàn)如下畫面成功的創(chuàng)建了一個站點，,右邊對象窗口出現(xiàn)HARDWAR
10、E,表示一個站點創(chuàng)建成功，,,下一步，通過雙擊HARDWARE，將進入硬件配置（組態(tài)）,小知識：所謂的硬件組態(tài)，就是確定硬件信息的相關特性，例如地址分配，模擬模塊的輸入類型等,五：DP網絡配置工具的使用(硬件地址分配知識),,,,1:這里是硬件目錄，可以將需要的硬件添加到系統(tǒng)中 我們先插入一個機架(RAIL),,,2：插入的機架就顯示在配置窗口了,小知識：SIEMENS S7300/400系統(tǒng)的機架是個很重要的邏輯概念，有些場合硬件的尋址和通訊需要用到，S7300最多支持4個本地機架，一個機架支持最多11個邏輯槽(slot)，1#電源，2CPU,3#接口模塊，411#常規(guī)I/O模塊 所謂的分布
11、式I/O和本地I/O是一個相對的概念,,五：DP網絡配置工具的使用(硬件地址分配知識),1:向2#槽中插入一個帶DP的CPU 2:在2#槽的X2-DP右擊，選擇”ADD MASTER SYSTEM”,可以創(chuàng)建DP網絡 3：在隨后出現(xiàn)的對話框中點擊”確定“ 總線就成功的創(chuàng)建了,,,五：DP網絡配置工具的使用(硬件地址分配知識),安裝匯川MD32PFSS.GSD文件，這一步很重要，GSD文件實質上就是一個接口文件，所有SIEMENS第三方的DP設備，依賴GSD文件，才可以被加入到DP網絡中。選中INSTALL NEW GSD,出現(xiàn)一個打開GSD文件的對話框，找到該文件，選中OK,完成GSD文件的安
12、裝,,五：DP網絡配置工具的使用(硬件地址分配知識),1：這就是添加成功的總線，往總線上添加DP站的時候，一定要注意先用鼠標點中總線，不然你的DP站點是加不上去的，這是很多初學者易犯的錯誤,,2：依次點開各個，找到匯川的DP標志模塊，將MD32PFSS模塊拖到DP總線上?？梢钥吹剑K已經掛到了總線上。OK,操作成功,,,3：用鼠標選中已經掛到總線的MD32PFSS模塊，在這里就會出現(xiàn)DP模塊的槽，一開始是空的，表明需要確定DP的PPO類型，然后，根據(jù)我們需要的PPO類型，將它拖到這個槽中,,,,五：DP網絡配置工具的使用(硬件地址分配知識),,當PPO類型確定，拖到了這個槽的時候，系統(tǒng)就自動
13、的給這個模塊分配了I/O地址。要記住這個地址，以后訪問變頻器的時候就要使用這個地址 (在第7章的軟件編程中需要使用到這些地址！?。?！),小知識：S7300/400的外圍I/O尋址 PI:外圍輸入映象（可以以BIT/BYTE/WORD/DWORD方式尋址） PQ:外圍輸出映象（可以以BIT/BYTE/WORD/DWORD方式尋址） 例如：以字節(jié)方式訪問外圍輸入字節(jié)為256的硬件通道，標記為PIB256，以字方式訪問外圍輸出字節(jié)為256起始的硬件通道，標記為 PQW256. 這在我們編程的時候是必須的,六：匯川變頻器的DP特性和知識,匯川變頻器DP通訊卡的結構，如下圖。對外提供PROFIBUS 9
14、針標準接口,也提供端子型接口，提供指示燈監(jiān)視網絡的狀態(tài)，提供一組撥瑪開關用以設置相關的網絡參數(shù)，例如通訊速度，數(shù)據(jù)格式，終端電阻選擇燈。,PROFIBUS 9針標準連接器,請注意：無論采用哪種連接方式，請務必采用標準的DP電纜，否則可能造成通訊故障?。?！,六：匯川變頻器的DP特性和知識,總線接口的內部電路圖（標準9PIN插頭）,六：匯川變頻器的DP特性和知識,PPO類型的概念： 簡單的說，就是DP數(shù)據(jù)傳輸?shù)母袷?。什?意思呢?就是說，當主從站之間交換數(shù)據(jù)時，他們之間交換數(shù)據(jù) 的格式，這和協(xié)議是兩回事，這個格式其實已經是封裝了協(xié)的。 只要我們按照這個格式，把數(shù)據(jù)放到預定的地方，再按照主站方 特殊
15、的指令，就能夠自動的完成數(shù)據(jù)的交換。 匯川DP支持的PPO類型： 匯川變頻器DP卡支持4種PPO類型，PPO1,PPO2,PPO3.PPO5 讀懂這個PPO的類型，就和我們讀懂一個協(xié)議的報文 一樣重要。,六：匯川變頻器的DP特性和知識,,1：PPO包含PKW和PZD，其中,PKW固定8個字節(jié)，PZD根據(jù)PPO類型不同，最多達20個字節(jié),,2：PKW固定8字節(jié)的數(shù)據(jù),,3：PZD根據(jù)PPO類型不同，包含最多20字節(jié)。,,匯川變頻器支持PPO1,PPO2,PPO3這三種類型,技巧：先確定一個概念：如果你要讀寫一個參數(shù)，就控制PKW區(qū)域就好了 如果你要控制起停，或了解變頻器狀態(tài)，或沒有參數(shù)的數(shù)據(jù)，就
16、用PZD好了,六：匯川變頻器的DP特性和知識,PKE的含義：PKE包含16BIT,主要包含命令碼、響應碼和匯川變頻器的參數(shù)組號。 所謂命令碼：就是表明是讀命令還是寫命令（1：讀； 2：寫） 所謂響應碼：就是表明操作是否成功 所謂的參數(shù)組號（PNU）:就是匯川變頻器參數(shù)的前兩位，例如，要處理F4組的某個參數(shù)，PNUF4H,例如：我們準備讀F4組的某個參數(shù)：則PKE=10F4 H 我們準備寫F4組的某個參數(shù)，則PKE=20F4 H,六：匯川變頻器的DP特性和知識,IND: 16BIT,僅用于指明匯川變頻器的參數(shù)號（注意是參數(shù)號，而不是組號） 需要注意的是，要將參數(shù)號從10進制變成16進制,綜合
17、前面PKE的解釋，舉例說明： 1：如要讀HC的F0-17（加速時間），則PKE=10F0 H IND=1100 H 2：如要寫HC的F0-18（減速時間），則PKE=20F0 H IND=1200 H,六：匯川變頻器的DP特性和知識,PWE：用于讀取數(shù)據(jù)時，存放被操作參數(shù)的返回值，或者用于寫數(shù)據(jù)時，預先存放參數(shù)要設置的值（例如：F0-18=50，則50*100再轉化成16進制，就放到PWE這個區(qū)域）,綜合前面PKE，IND，PWE的解釋，舉例如下： 1：需要通過DP將F0-17設置為30S，則PKE=20F0 H IND=1100 H PWE=30*10=300=0000 012C H 2
18、:通過DP將F0-18的值取回來（假設=40S），則：PKE=10F0 H IND=1200H PWE=40*10=0000 0190 H,六：匯川變頻器的DP特性和知識,PZD1：STW/ZSW：主站到從站的控制字或從站到主站的狀態(tài)字 PZD2：HSW/HIW：主站到從站的主設定值或從站返回的主設定值 PZD3： 自由設定，可以訪問變頻器的任何參數(shù) PZD4： 自由設定，可以訪問變頻器的任何參數(shù) PZD5： 自由設定，可以訪問變頻器的任何參數(shù) PZD6： 自由設定，可以訪問變頻器的任何參數(shù) PZD7： 自由設定，可以訪問變頻器的任何參數(shù) PZD8： 自由設定，可以訪問變頻器的任何參數(shù)
19、 PZD9： 自由設定，可以訪問變頻器的任何參數(shù) PZD10：自由設定，可以訪問變頻器的任何參數(shù) PZD11：自由設定，可以訪問變頻器的任何參數(shù) PZD12：自由設定，可以訪問變頻器的任何參數(shù),六：匯川變頻器的DP特性和知識,PZD3： 對應FE-00 PZD4： 對應FE-01 PZD5：對應FE-02 PZD6：對應FE-03 PZD7：對應FE-04 PZD8：對應FE-05 PZD9：對應FE-06 PZD10：對應FE-07 PZD11：對應FE-08 PZD12：對應FE-09 FE-00---FE-09這個十個參數(shù)可以自由設置成和變頻器參數(shù)相關的數(shù)字。從而，PZD3-9可以對應任
20、何一個變頻參數(shù)。其對應關系可以參考MD32PFS手冊,匯川變頻器的DP特性和知識,控制字STW（16位）： 是PROFIDRIVER的一個術語，表示的是，通過這個字， 可以控制變頻器處于何種工作狀態(tài)下，通常的，控制字是從主站到從站 的信息，例如，可以通過寫控制字激活變頻器工作于正轉 狀態(tài)字ZSW （16位）： 是PROFIDRIVER的一個術語，表示的是，通過這個字， 可以知道變頻器當前處于何種工作狀態(tài)，通常的，狀態(tài)字是從從站返回 的信息，例如，可以從返回的狀態(tài)字知道變頻是在正轉還是反轉 主設定值(HSW/HIW)16位: 速度模式下的頻率給定值或轉矩模式下
21、的轉矩百分比值，HSW表示 主站到從站的，HIW表示從站返回的。,六：匯川變頻器的DP特性和知識,控制字的定義（STW）,例如： 控制變頻正轉則PZD1=0084 H 控制變頻反轉則 PZD1=0088 H 控制變頻自由停車則PZD1=0082 H,六：匯川變頻器的DP特性和知識,控制字的定義（STW）,六：匯川變頻器的DP特性和知識,ZSW的定義（狀態(tài)字）,例如： 若PZD1返回0843 H 表示變頻器處于速度模式正轉無故障運行,六：匯川變頻器的DP特性和知識,PZD2的定義：,例如： 1：速度模式下，若此時的主給定頻率為50HZ，則PZD2=50*100=5000=1388 H 2：速
22、度模式下，若此時的主轉矩給定為100%，則 PZD2=100*10=1000=03E8 特別注意：由于變頻器內部積存器為16位寄存器，因此，所有的參數(shù)都是整型格式，表示帶小數(shù)點的數(shù)據(jù)時，采用移動小數(shù)點的方式，例如，F(xiàn)0-17=20.00S，在寄存器內部實際上是2000，所以，在作這種變換時，需要注意相關參數(shù)的小數(shù)點后小數(shù)有效數(shù)字。,七：在主站中對從站(匯川變頻器)進行讀寫操作,通過前面6章的學習，我們已經充分的了解到DP網絡的基本知識 包括主從站定義，通訊介質，硬件環(huán)境，軟件環(huán)境，必要文檔， 基本工具等 學習本章需要有些SIEMENS S7300/400的編程基礎知識，如果 實在來不及了解，只
23、要按照前面的第5章的硬件操作和本章的軟 件編寫，一樣可以達到成功通訊的目的。,七：在主站中對從站(匯川變頻器)進行讀寫操作,在第5章的描述中，講到了DP模塊的地址分配如下,請注意這個地址，輸入型，表示來自從站，從256263，共8字節(jié)，標記為PIW256，PIW258，PIW260，PIW262，和PKW（8字節(jié)）對應,,請注意這個地址，輸出型，表示主站到從站，從256263，共8字節(jié)，標記為PQW256，PQW258，PQW260，PQW262，和PKW（8字節(jié)）對應,,七：在主站中對從站(匯川變頻器)進行讀寫操作,請注意這個地址，輸入型，表示來自從站，從264267，共4字節(jié)，標記為PIW
24、264（PZD1），PIW266（PZD2），和PZD（4字節(jié)）對應,請注意這個地址，輸出型，表示主站到從站，從264267，共4字節(jié)，標記為PQW264（PZD1），PQW266（PZD2），和PZD（4字節(jié)）對應,,,,這里可以看出，使用了PPO1，共12字節(jié),七：在主站中對從站(匯川變頻器)進行讀寫操作,從上面的地址分配可以看出，S7300的本地主機，將DP站就看成了自己 的I/O模塊一樣來訪問（雖然本質是通訊的，但編程處理就像處理本地I/O 模塊一樣），這也是PROFIBUS DP有時被人稱之為分布式I/O的來由。 和訪問本地I/O的概念稍有不同的是，由于DP模塊的訪問有時涉及到多 于
25、4個字節(jié)的數(shù)據(jù)交換， 我們知道，在PLC里面，表示一個數(shù)據(jù)類型最 大的存儲空間是32位的，超過了32位的空間，沒有這樣的類型來表示， 那么，多于4字節(jié)的數(shù)據(jù)的交換就有個保持數(shù)據(jù)一致性的概念，其目的 就是為了保證數(shù)據(jù)的連續(xù)性。 換句話說，如果只交換4字節(jié)以內的數(shù)據(jù)，本身就是具有數(shù)據(jù)一致性，此 時，只要一條最簡單的MOVE指令，將數(shù)據(jù)傳送到I/O地址就可實現(xiàn)主從 站之間通訊（例如PPO3傳送PZD1，PZD2），而如果是超過4字節(jié)的數(shù) 據(jù)（例如要傳送PPO1中6個字的PKW和2個字的PZD），此時，如果也 使用MOVE指令來傳送，則會出現(xiàn)數(shù)據(jù)不一致的現(xiàn)象。,七：在主站中對從站(匯川變頻器)進行讀寫
26、操作,這時，SIEMENS S7300提供了專門的DP讀寫功能塊： SFC14：DP讀，從DP從站讀取數(shù)據(jù) SFC15：DP寫，將數(shù)據(jù)從主站寫到從站 SFC14/15的公共參數(shù)解釋：,LADDR：將要操作的DP模塊的地址，注意要將地址編程16進制 RET_VAL:調用功能塊的返回值，通訊無錯為0。有錯為非0值 RECORD:數(shù)據(jù)記錄，將要寫到從站或從站返回的數(shù)據(jù)（讀寫值）,七：在主站中對從站(匯川變頻器)進行讀寫操作,例子：使用DP寫功能，向DP的PZD1寫控制字0X0084/0X0081,來啟動變頻器正轉和停止，這個條件受邏輯I0.0/I0.1約束,小知識：P#M4.0 BYTE 2表示從位
27、M4.0開始的兩個字節(jié)， 即為MB4和MB5（二者可以組合為MW4）,八：DP常見故障及處理,1：大功率機器安裝了DP卡，面板顯示HC，是什么原因？ 如何解決？ 答：因為DP卡需要耗用電源，而我們的大功率機器由于控制電源容量不夠，安裝上DP卡之后，控制電源被拉垮，和風機被堵死的現(xiàn)象一樣。通過在10V和GND之間加裝一個80-100歐的電阻就可以了。 2：對于有接地的系統(tǒng)，和沒有接地的系統(tǒng)，我們的抗干擾措施應該如何處理？ 答：對于零線和地線分開的系統(tǒng)，這種地線是比較干凈的，此時，我們應該讓變頻器可靠接地，讓DP卡可靠接地，DP電纜的屏蔽層一端接到PLC主站接頭的外殼，一端可靠的連接到DP卡的D
28、G端。 對于零地合一，另外打接地樁的系統(tǒng)，需要采取以下措施： A：拆除控制板和變頻器機殼的接地銅螺柱； B：變頻器的PE連接到接地樁； C：變頻器的AI輸入信號，最好取用本身的電源供電； D：DP電纜的變頻側懸空，PLC側仍然連接到外殼，即所謂單端接地； E：可以適當降低變頻器的載波頻率； F：加裝變頻器的輸出電抗器，可以明顯減小漏電流，從而減小干擾；,八：DP常見故障及處理,3：具有DP網絡的系統(tǒng)，運行中PLC的SF燈亮，或者指示DP網絡的BF故障燈亮了，這是什么道理？ 怎么解決？ 答：如果系統(tǒng)已經正常的運行了，而偶爾有這種現(xiàn)象，基本可以判定為干擾造成掉站（即主站找不到從站）。 因為原來一直
29、正常的系統(tǒng)，說明網絡配置，通訊程序沒有問題。通常PLC主站都有從站的自動監(jiān)測手段，掉站的時候，PLC會有BF或SF燈來指示網絡是否正常。 通常這種情況會出現(xiàn)在大功率變頻器突然加上負載或負載比較重的情況下，強電流干擾引起。 可以參考前面所講的抗干擾方法來予以解決？,八：DP常見故障及處理,4：主站系統(tǒng)在空載時工作正常，三個指示燈都是亮的，可是一旦加上負載運行，LED2或LED3卻滅掉了。必須重新上電才可全亮？ 答：這種現(xiàn)象是由于強干擾，導致的總線掉站，主站CPU找不到從站變頻器。LED2指示了變頻器DP卡和PLC的通訊，由于干擾，將DP卡上的MCS51的芯片和SPC3芯片刷掉了。此時必須重新上電才可以解決。徹底的解決辦法可以參考前面關于抗干擾措施的介紹。 5：MD320 和MD330的變頻器，其DP功能有何不同？ MD330的DP功能和MD320不同之處，在于控制字中MD330增加了預驅動，卷徑復位兩個功能。 而且建議用戶在使用預驅動功能是，先給出運行命令，再給出預驅動命令，然后再撤銷預驅動命令。,八：思考題和習題：,1：根據(jù)以上7章內容，試圖修改F0-17=50S,修改F0-17=50S的例子,,
現(xiàn)場總線技術和匯川變頻器DP技術應用.ppt
