变频器群控系统及PROFIBUS-DP现场总线简介

　　变频调速群控系统通常由PLC、若干台变频器、传感器、人机接口及连接这些设备的现场总线组成。用户一般都选择比较通用的现场总线，如PR（）FIBUS-DP、DeviceNet、CAN和ModBus等。一般变频器都支持多种现场总线，如三菱A500系列变频器具有与PROFIBUS-DP、CC-Link、DeviceNet等现场总线连接的通信功能，可由主站向变频器发送各类命令，主站从变频器读取相关信息，故而极大地方便了配有现场总线的用户。但要连接到各种现场总线，需带有恰当的通信适配器或通信板卡，如三菱A500系列变频器连接到：PROFIBUS-DP时需配通信板FR-A5NP。

　　PROFIBUS-DP的通信协议结构以IS07498国际标准化开放式互联网络为参考模型，采用第一层（物理层），第二层（数据链路层）和用户接口层，隐去了3～7层，PROFIBuS-DP支持主从方式、纯主方式、多主多从通信方式。PROFIBuS-DP在多变频器系统中的应用具有很大的优越性，流体型结构确保了数据传输能快速有效地进行；采用基于RS485标准的物理层，两线差分系统，具有极强的抗干扰性；基于OSI参考模型，开放性好，不同厂家的设备都可挂到同一总线上运行，解决了因不同品牌不兼容而带来的麻烦；通过把PROFIBUS-DP现场总线延伸到现场，进一步提高了控制系统的实时性和可靠性；变频器的运行直接由上一级自动化系统的应用软件控制，当现场工艺改变时只需要更改应用软件就可以了，不用再重新进行布线，使系统的灵活性大大加强。

　　三菱变频器群控系统硬件构成

　　衡钢φ89mm连轧管机组钢管精整生产线按照钢管工艺要求，整条线划分为7个工艺区域，按工艺流程分别为矫直区、管排锯区、探伤区、人工检查区、分选区、成品收集区和修磨返切区，共使用了29台FR-A500三菱变频器。要求在生产过程中，对电动机实现正反转控制，速度设定，对电动机运行状态进行监视，如是否运行、过载或报警等，对电动机的输出频率、电压及电流等过程参数进行监视。

　　1．硬件配置

　　主控制器选型为SIEMENS公司带内置DP口的CPU318-2DP，配有两块CP342-5通信处理器；变频器为配有通信板FR-A5NP的三菱FR-A500变频器；采用普通三相异步电动机。

　　2．系统构成

　　主站CPU318-2DP的内置DP口构建了2条PROFIBUS-DP子网，用于连接分布式I/OET200M和作为智能从站的各区域CPU，所以另配有2块CP342-5通信处理器，构建2条PROFIBuS-DP子网，实现变频器现场总线群控模式，系统网络结构如图1所示。

　　图1系统网络结构（1。jpg）

　　3．参数设置

　　变频器群控系统应用现场总线连成网络后，除了在上一级自动化系统进行编程和常规的电气参数设置外，在每个变频器上也要进行适当的参数总线设置。

　　（1）变频器从站适配卡FR-A5NP的站号开关SW2~HSWl用来设置站地址，需要根据每个变频器的站地址来设定，设定范围0H～7EH，SWl设定高位，SW2设定低位。

　　（2）将部分相关参数设于网络工作方式。Pr79（运行模式选择）=0、2或6；Pr338（运行指令权）=Pr339(速度指令权)=0；Pr340（通信起动模式选择）=1或2，并进行断电后再通电，使新的设置生效，以后每次开机后即进入网络运作模式。

　　三菱变频器群控系统的控制程序设计

　　1．系统组态

　　在对总线系统进行组态时，用户需要对作为DP从站的三菱变频器与主站的关系做出规定，DP系统组态的描述包括：站地址、输入/输出地址、输入/输出数据格式及所使用的总线参数等。

　　（1）在SIEMENSPLC编程软件STEP7的硬件组态窗口中导入FR-A500的GSD文件。

　　（2）对主站PLC进行硬件组态，将2块CP342-5插入到配置表中，建立PROFIBUS子网“PROFIBUS(3)”和“PROFIBUS(4)”，设置CP操作模式和站地址。

　　（3）在硬件目录中找到三菱变频器“A500”，并将其连接到“PROFIBUS(3)”或“PROFIBUS(4)”上；设置变频器从站的PROFIBUS地址和I/O地址。

　　（4）硬件配置完成后，可通过STEP7的编译功能检查硬件配置的正确性。

　　2．通信格式

　　PROFIBUS-DP主站与变频器通信协议的数据电报结构分为协议头、网络数据（PPO）和协议尾。网络数据即PPO包括参数值PKW及过程数据PZD，参数值PKW是要读/写的一些变频器参数。过程数据PZD是变频器运行的控制字/给定值和状态字/反馈值，PROFIBUS-DP共有2类5种类型的PPO：一类是无PKW而有2B或6BPZD，另一类是有

　　PKW且还有2B、6B或10B的PZD。三菱变频器与PROFIBUS-DP总线链接时，输入输出各占6B（PPO3），通信格式如表1所示。

　　表1三菱变频器通信数据结构

　　PKW PZD

　　PKEINDPWE1PWE2 ZSW1HIW

　　PED1PED2

　　PKE：包括数据号PNU和任务及应答AK，占用第1个字节；。

　　IND：数据索引，占用第2个字节；

　　PWEl：数据值1，未用设定为0，占用第3个字节；

　　PWE2：数据值2，占用第4个字节；

　　ZSW1：变频器状态字，PZDl，占用第5个字节；

　　HIW：未用设定为0，PZD2，占用第6个字节。

　　三菱变频器与主站通信时，变频器参数、控制字、给定值和反馈值都是通过参数值PKW来传输，通过过程数据PZD1（即ZSW1）仅在从站向主站发送信息时用来将变频器的状态（如运行、过载或报警等）反馈给主站。在三菱变频器中，变频器参数、报警、运行过程数据、控制信息和给定值等被定义为不同的数据区域，以数据索引（IND）指定数据的所在区域，包括以下数据区域：0H实时监视区，可读取变频器输出频率、电压、电流等过程参数；1H系统环境数据区，用于设定变频器的运行环境和控制字；2H变频器参数区，用于变频器标准参数读写；4HPr。900校正参数区；6H程序设定（频率）；7H程序设定（方向）；8H程序设定（时间）。

　　由PNU指定数据在此数据区域的数据号，通过组合使用PNU和IND能够存取各种数据，根据PROFIBUS-DP通信协议和变频器的通信格式，PLC可通过对相应I/O地址的轮询访问从而实现主站对变频器的参数修改、运行控制及状态监视。

　　3．软件设计

　　变频器从站使用CP342-5模块的DP通信口进行通信。DP接口设计非常灵活，允许用CPU中不同的数据区来存储DP过程数据，可使用过程映像、位存储器、数据块。CP342-5与通信伙伴的通信过程是自动进行的，但在用户程序中，必须调用功能块FCl和FC2建立通信区，完成CP342-5与CPU之间的数据交换。

　　三菱变频器采用TPROFIBUS-DP现场总线群控模式后，不但提高了整个系统的可靠性和控制水平，尤其是与传统控制比较，在系统设计、安装调试、维护及扩展方面都具有十分明显的优势，而且将孤立的单元设备带进了信息化网络中，为今后系统扩展和企业综合自动化的实现打下良好的基础。