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【摘要】本文介绍了基于PROFIBUS-DP现场总线的控制技术，应用欧姆龙PLC（CJ-H）和西门子变频器6SE70，通过PROFIBUS-DP总线进行通讯，实现了用PROFIBUS-DP通讯与端子切换控制6SE70的功能。
【关键词】PROFIBUS-DP通讯；西门子变频器6SE70；欧姆龙PLC；端子电压控制
Abstract：This paper will introduce the control technology based on the field control system-PROFIBUS-DP.This kind of technology applies the PLC（CJ-H）of Omron and frequency transformer-6SE70 of Siemens，which are communicated by PROFIBUS-DP，so that 6SE70 can be controlled by PROFIBUS-DP and terminator switch.
Key words：communication of PROFIBUS-DP；frequency transformer-6SE70 of Siemens；PLC（CJ-H）of Omron；terminator voltage control
1.引言
PROFIBUS是一种国际化，开放式，不依赖于设备生产商的现场总线标准。PROFIBUS传送速度可在9.6kbaud～12Mbaud范围内选择，当总线系统启动时，所有连接到总线上的装置应该被设成相同的速度。PROFIBUS由三个兼容部分组成，即PROFIBUS-DP（Decentralized Periphery）；PROFIBUS-PA（ProcessAutomation）；PROFIBUS-FMS（Fieldbus Message Specification）[1]。PROFIBUS–DP：是一种高速低成本通信，用于设备级控制系统与分散式I/O的通信。使用PROFIBUS-DP可取代24VDC或4-20mA信号传输。目前80%以上的Profibus应用是基于Profibus-DP。
本文通过对欧姆龙CJ系列PLC与6SE70之间通过Profibus-DP通讯，利用Profibus通讯控制变频器的启停，采取端子电压控制变频器的频率，实现了辽海150T龙门吊项目的应用。
2.系统结构组成
本系统组成分为三个部分：监视部分，控制部分，执行部分[7]。
图1 系统结构
监视部分中上位机采用组态软件——组态王6.5，触摸屏采用威能MT500系列，两者都对采集和处理的数据进行显示和监控。
控制部分是欧姆龙CJ系列PLC——CJ1-H的CPU，PROFIBUS专用模块，AO与DO
模块等，作为自动化系统的核心，是连接监视部分与执行部分的桥梁。
执行部分是西门子变频器6SE70，将PLC传达的指令进行处理，实现对电机的控制。
3.PLC与变频器之间的控制实现
3.1 端子控制变频的实现
西门子6SE70变频器，方式有有硬件控制与软件控制。硬件控制有模拟量端子控制（v/f）。其过程为：在变频器的模拟输入端子口输入0-10V电压，变频器经过内部电路转换成相应的频率范围，可对电机直接进行控制。外部是通过调节电位器的阻值使输入电压变化范围在0-10V。
V-F控制原理是由控制器产生一个控制电压来控制压控振荡器的振荡频率。采用变容二极管调节，当受到一个变化电压的时候它的容量会变化，变化的电容引起振荡频率的变化，于是产生变频。把这个受控的频率用于控制输出电压的频率，使得受控的电机的转速变化。
其角频率与电压的关系，可用公式表示：
（1）
其中为受控的频率，为振荡的中心频率，为电容变化引起的变化电压，为特征曲线的斜率，称为VCO（压控振荡器）增益或灵敏度。
此时它的瞬时相位可根据公式
（2）
则有：
（其中为相位） （3）
变频器频率与电压关系：
（4）
3.2 PROFIBUS-DP通讯的实现
首先在软件中配置硬件（gsd文件），在变频器面板上进行相应的参数设置，例如选择相应的从站节点。
对于调速驱动装置，根据变速驱动行规，在周期型通道中传输的数据结构被定义为参数过程数据对象PPO（ParameterProcess Object）。这个通道经常被称为标准通道，其中包含有用的用户数据。可用的数据结构分为两个部分且能用报文分别传送：过程通道PZD部分、参数通道PKW部分[3]。
当总线系统启动时，这种用于PROFIBUS-DP主站到变频器通讯类型的PPO能够从主站来配置。选择哪种类型PPO，取决于在自动化网络中传动装置的任务。过程数据一直被传送。在传动装置中，它们具有最高的优先级和最短的时隙等[4]。PPO一共具有5中类型，如图2所示：
图2 参数过程数据对象（PPO）
参数数据区（PKW）：采用PKW原理（适用于PPO类型1，2和5并且当非周期性通道），用户能够执行如下任务：处理和显示参数（读/写）；传送和确认参数变更报告。
参数区包含4个字：前两个字（PKE和IND）的信息是关于主站请求任务（任务识别标记ID）和从站应答响应（应答识别标记ID）的报文。PKW的后两个字（PWE1和PWE2）用来读写具体的参数数值。如图3所示：
图3 参数区（PKW）结构 过程数据区（PZD）：过程通道PZD区是为监测和控制调速驱动装置而设计的，在DP主站和从站中收到的PZD报文总是以最高的优先级处理，即处理PZD过程通道的优先级高于处理参数通道PKW的优先级，而且PZD过程通道总是传送调速驱动装置上当前最新的有效数据。通常DP主站给传动装置的任务报文中，第一个PZD字为控制字，第二个字为主设定值；传动装置给DP主站的响应报文中，第一个PZD字为状态字，第二个字为主实际值。
本文采用的是PPO1的数据传输结构，主站给变频器任务报文的第一个字PZD1是变
频器的控制字（STW）。变频器给主站的PZD应答报文的第一个PZD字是变频器的状态（ZSW）。通过程序给PZD赋值，就可以对变频器进行通信控制。
3.3 PROFIBUS与端子交替控制变频的实现
本系统要求在同一台变频器实现对上小车运行控制以及下小车的起升，它们的控制是交替进行的[5]。前面提到PROFIBUS-DP通讯时数据传输结构中，参数数据区（PKW）可以读写参数设置，本项目正是利用这一特性，通过改变变频器里参数值从而达到PROFIBUS与端子的交替控制。考虑到Profibus-DP采用RS485通讯，采用不归零（NRZ）编码方式，传输速率为9.6Kbps-12Mbps。由于切换时的响应速度很快，不会对控制部分产生影响。
控制流程图为图4所示：
图4 控制流程图
变频器参数P368功能：当执行简单应用的参数设置（P370）时所选择给定值和命令源参数化的功能参数。0=PMU；1=模拟量输入和端子排；2=固定设定值和端子排；3=电动电位计和端子排；4=USS；5=SIMOLINK（当时不能执行）；6=PRFIBUS（需CBP）。
通过修改参数P368值，可以很方便进行控制方式的切换，具体的一部分程序如下：
上小车运行部分：
Mov #6170 3218//请求P368值，3218是参数名地址
Mov #0 3220//将值0写入参数值地位，3220是参数值高位地址
Mov #6 3221//将值6写入参数值地位，3221是参数值低位地址
下小车起升部分：
Mov #6170 3218//请求P368值，3218是参数名地址
Mov #0 3220//将值0写入参数值地位，3220是参数值高位地址
Mov #1 3221//将值1写入参数值地位，3221是参数值低位地址
通过修改参数设置，可以很好的控制两车。在进一步的调试过程中发现可以采用另一种方式：
上小车控制端子模拟量从变频器部分通过PROFIBUS-DP读取出来，然后转换成对应的频率值再传送给变频器，也能达到控制变频器的目的，这样做只需进行PROFIBUS-DP通讯控制，可以对程序简化，并且也达到了预期的控制效果。
4.结束语
本文讨论了6se70在Profibus-DP网络中通讯的实现方法，采用了一个很显著的控制方式：变频器由通讯与端子电压交替控制，这在以往的控制系统中很少采用。这种方式在实际中通过调试，实际运行控制系统良好、可靠。
参考文献
[1]朱强力.Profibus-DP通讯在PLC$7-300和变频器6SE70上的应用[J].北京：机械与电子，2007，27.
[2]张素文，贺凯歌.基于Profibus-DP的PLC与交流变频器通讯的实现[J].江苏：工业控制计算机，2008，21（5）.
[3]Siemens Simovert Masterdrives矢量控制使用大全.
[4]DriveMon.Copyright（c）1995-2004，Siemens AG.Ai[Rilsht Reserved.
[5]黄琦，张宝余.PLC远程控制技术在龙门吊车中的应用[J].核电工程与技术，2005，3.
[6]周军，海心.电气控制及PLC[M].北京：机械工业出版社，2001.
[7]张州，陆静.Profibus现场总线技术及其应用[J].上海电力学院学报，2008，24（2）.
[8]郑小倩，黄明琪.基于Profibus-DP通信研究与实现[J].计算机测量与控制，2007，15（5）.
【关键词】PROFIBUS-DP通讯；西门子变频器6SE70；欧姆龙PLC；端子电压控制
Abstract：This paper will introduce the control technology based on the field control system-PROFIBUS-DP.This kind of technology applies the PLC（CJ-H）of Omron and frequency transformer-6SE70 of Siemens，which are communicated by PROFIBUS-DP，so that 6SE70 can be controlled by PROFIBUS-DP and terminator switch.
Key words：communication of PROFIBUS-DP；frequency transformer-6SE70 of Siemens；PLC（CJ-H）of Omron；terminator voltage control
1.引言
PROFIBUS是一种国际化，开放式，不依赖于设备生产商的现场总线标准。PROFIBUS传送速度可在9.6kbaud～12Mbaud范围内选择，当总线系统启动时，所有连接到总线上的装置应该被设成相同的速度。PROFIBUS由三个兼容部分组成，即PROFIBUS-DP（Decentralized Periphery）；PROFIBUS-PA（ProcessAutomation）；PROFIBUS-FMS（Fieldbus Message Specification）[1]。PROFIBUS–DP：是一种高速低成本通信，用于设备级控制系统与分散式I/O的通信。使用PROFIBUS-DP可取代24VDC或4-20mA信号传输。目前80%以上的Profibus应用是基于Profibus-DP。
本文通过对欧姆龙CJ系列PLC与6SE70之间通过Profibus-DP通讯，利用Profibus通讯控制变频器的启停，采取端子电压控制变频器的频率，实现了辽海150T龙门吊项目的应用。
2.系统结构组成
本系统组成分为三个部分：监视部分，控制部分，执行部分[7]。
图1 系统结构
监视部分中上位机采用组态软件——组态王6.5，触摸屏采用威能MT500系列，两者都对采集和处理的数据进行显示和监控。
控制部分是欧姆龙CJ系列PLC——CJ1-H的CPU，PROFIBUS专用模块，AO与DO
模块等，作为自动化系统的核心，是连接监视部分与执行部分的桥梁。
执行部分是西门子变频器6SE70，将PLC传达的指令进行处理，实现对电机的控制。
3.PLC与变频器之间的控制实现
3.1 端子控制变频的实现
西门子6SE70变频器，方式有有硬件控制与软件控制。硬件控制有模拟量端子控制（v/f）。其过程为：在变频器的模拟输入端子口输入0-10V电压，变频器经过内部电路转换成相应的频率范围，可对电机直接进行控制。外部是通过调节电位器的阻值使输入电压变化范围在0-10V。
V-F控制原理是由控制器产生一个控制电压来控制压控振荡器的振荡频率。采用变容二极管调节，当受到一个变化电压的时候它的容量会变化，变化的电容引起振荡频率的变化，于是产生变频。把这个受控的频率用于控制输出电压的频率，使得受控的电机的转速变化。
其角频率与电压的关系，可用公式表示：
（1）
其中为受控的频率，为振荡的中心频率，为电容变化引起的变化电压，为特征曲线的斜率，称为VCO（压控振荡器）增益或灵敏度。
此时它的瞬时相位可根据公式
（2）
则有：
（其中为相位） （3）
变频器频率与电压关系：
（4）
3.2 PROFIBUS-DP通讯的实现
首先在软件中配置硬件（gsd文件），在变频器面板上进行相应的参数设置，例如选择相应的从站节点。
对于调速驱动装置，根据变速驱动行规，在周期型通道中传输的数据结构被定义为参数过程数据对象PPO（ParameterProcess Object）。这个通道经常被称为标准通道，其中包含有用的用户数据。可用的数据结构分为两个部分且能用报文分别传送：过程通道PZD部分、参数通道PKW部分[3]。
当总线系统启动时，这种用于PROFIBUS-DP主站到变频器通讯类型的PPO能够从主站来配置。选择哪种类型PPO，取决于在自动化网络中传动装置的任务。过程数据一直被传送。在传动装置中，它们具有最高的优先级和最短的时隙等[4]。PPO一共具有5中类型，如图2所示：
图2 参数过程数据对象（PPO）
参数数据区（PKW）：采用PKW原理（适用于PPO类型1，2和5并且当非周期性通道），用户能够执行如下任务：处理和显示参数（读/写）；传送和确认参数变更报告。
参数区包含4个字：前两个字（PKE和IND）的信息是关于主站请求任务（任务识别标记ID）和从站应答响应（应答识别标记ID）的报文。PKW的后两个字（PWE1和PWE2）用来读写具体的参数数值。如图3所示：
图3 参数区（PKW）结构 过程数据区（PZD）：过程通道PZD区是为监测和控制调速驱动装置而设计的，在DP主站和从站中收到的PZD报文总是以最高的优先级处理，即处理PZD过程通道的优先级高于处理参数通道PKW的优先级，而且PZD过程通道总是传送调速驱动装置上当前最新的有效数据。通常DP主站给传动装置的任务报文中，第一个PZD字为控制字，第二个字为主设定值；传动装置给DP主站的响应报文中，第一个PZD字为状态字，第二个字为主实际值。
本文采用的是PPO1的数据传输结构，主站给变频器任务报文的第一个字PZD1是变
频器的控制字（STW）。变频器给主站的PZD应答报文的第一个PZD字是变频器的状态（ZSW）。通过程序给PZD赋值，就可以对变频器进行通信控制。
3.3 PROFIBUS与端子交替控制变频的实现
本系统要求在同一台变频器实现对上小车运行控制以及下小车的起升，它们的控制是交替进行的[5]。前面提到PROFIBUS-DP通讯时数据传输结构中，参数数据区（PKW）可以读写参数设置，本项目正是利用这一特性，通过改变变频器里参数值从而达到PROFIBUS与端子的交替控制。考虑到Profibus-DP采用RS485通讯，采用不归零（NRZ）编码方式，传输速率为9.6Kbps-12Mbps。由于切换时的响应速度很快，不会对控制部分产生影响。
控制流程图为图4所示：
图4 控制流程图
变频器参数P368功能：当执行简单应用的参数设置（P370）时所选择给定值和命令源参数化的功能参数。0=PMU；1=模拟量输入和端子排；2=固定设定值和端子排；3=电动电位计和端子排；4=USS；5=SIMOLINK（当时不能执行）；6=PRFIBUS（需CBP）。
通过修改参数P368值，可以很方便进行控制方式的切换，具体的一部分程序如下：
上小车运行部分：
Mov #6170 3218//请求P368值，3218是参数名地址
Mov #0 3220//将值0写入参数值地位，3220是参数值高位地址
Mov #6 3221//将值6写入参数值地位，3221是参数值低位地址
下小车起升部分：
Mov #6170 3218//请求P368值，3218是参数名地址
Mov #0 3220//将值0写入参数值地位，3220是参数值高位地址
Mov #1 3221//将值1写入参数值地位，3221是参数值低位地址
通过修改参数设置，可以很好的控制两车。在进一步的调试过程中发现可以采用另一种方式：
上小车控制端子模拟量从变频器部分通过PROFIBUS-DP读取出来，然后转换成对应的频率值再传送给变频器，也能达到控制变频器的目的，这样做只需进行PROFIBUS-DP通讯控制，可以对程序简化，并且也达到了预期的控制效果。
4.结束语
本文讨论了6se70在Profibus-DP网络中通讯的实现方法，采用了一个很显著的控制方式：变频器由通讯与端子电压交替控制，这在以往的控制系统中很少采用。这种方式在实际中通过调试，实际运行控制系统良好、可靠。
参考文献
[1]朱强力.Profibus-DP通讯在PLC$7-300和变频器6SE70上的应用[J].北京：机械与电子，2007，27.
[2]张素文，贺凯歌.基于Profibus-DP的PLC与交流变频器通讯的实现[J].江苏：工业控制计算机，2008，21（5）.
[3]Siemens Simovert Masterdrives矢量控制使用大全.
[4]DriveMon.Copyright（c）1995-2004，Siemens AG.Ai[Rilsht Reserved.
[5]黄琦，张宝余.PLC远程控制技术在龙门吊车中的应用[J].核电工程与技术，2005，3.
[6]周军，海心.电气控制及PLC[M].北京：机械工业出版社，2001.
[7]张州，陆静.Profibus现场总线技术及其应用[J].上海电力学院学报，2008，24（2）.
[8]郑小倩，黄明琪.基于Profibus-DP通信研究与实现[J].计算机测量与控制，2007，15（5）.