现场总线技术和汇川变频器DP技术应用.ppt

PROFIBUS现场总线及其汇川变频器DP应用技术,深圳市汇川技术有限公司 张志军,幻灯片目录,一:现场总线概念及发展史 二：PROFIBUSDP定义的设备类型 三：PROFIBUS网络系统的类型 四：硬件组成，文档和工具软件 五：DP网络配置工具的使用 六：汇川变频器的DP特性和知识 七：在主站中对从站(汇川变频器)进行读写操作 八：思考题和习题：,一:现场总线概念及发展史,1:总线概念： 现场总线是安装在生产过程区域得现场设备，仪表与控制室内的自动控制装置/系统之间的一种串行的，数字的，多点的，双向通信的数据总线。 2:主流总线 1):PROFIBUS 2):DEVICENET 3):CANOPEN 4):CCLINK,一:现场总线概念及发展史（现场总线的控制方式）,一:现场总线概念及发展史（普通接线方式）,一:现场总线概念及发展史,3：PROFIBUS的发展历史 1987年由SIEMENS等13家企业和5家研究机构联合开发； 1998年批准为德国工业标准DIN19245； 1996年成为欧洲标准EN50170 1999年成为国际标准IEC61158的组成部分 2001年批准为中国的行业标准JB/T10308.3-2001j 4：PROFIBUS国际组织（PI） 89年，德国的一些采用PROFIBUS规范的企业组PROFIBUS 用户组织（PNO） 95年成立PROFIBUS国际组织（PI） 97年7月中国成立PROFIBUS用户组织（CPO),挂在中国机电 一体化应用协会(CAMETA)下,二：PROFIBUSDP定义的设备类型,PROFIBUS-DP是一种支持多个主站的网络系统，有三种设备类型 1：1类主站（DPM1） 中央控制器，他与分散的I/O设备（DPSLAVE）交换数据。网络中允许若干个DPM1,那么，典型的1类主站是PLC。比如说，我们使用SIEMENS S7300的CPU通过DP网络来控制带DP卡MD320，这台S7300的CPU就称为1类主站 2：2类主站(DPM2) 用于组态，监视或工程配置工具。他被用来设定网络或参数，监视DPSLAVE.比如说，我们在PC机上安装了一套配置DP网络的工具软件，可以用来设定网络的相关参数，并上传下载，那么，这台PC就称为2类主站。 3：从站(DPSLAVE) 直接连接的外围设备，典型的就是我们的变频器，仪器仪表，阀门 当然，这个所谓的外围设备必须是带DP接口的,三：PROFIBUS网络系统的类型（单主站）,三：PROFIBUS网络系统的类型（多主站）,三：PROFIBUS网络系统的类型（解释）,在一个DP网络中，无论1类主站，还是2类主站，和从站，总线上只允许126 个站，我们可以将这些站称之为网络节点，简称节点(NODE)。 之所以一个总线能够得到广泛的应用并成为标准，是由于PROFIBUS总线协 议是开放的，意味着，只要大家都遵循这个标准，那么不同的制造商的设备 都可以挂在这个总线下。例如，我们有一个支持PROFIBUS DP的SIEMENS S7 300的CPU,然后我们还有若干台支持DP从站的HC MD3xx的变频器， 有若干个支持DP的仪器，都可以挂到DP总线上。我们还需要给总线配置通 讯参数等，则还需要一台安装了配置软件的PC来充当2类主站。 目前，世界上最流行的DP主站系统是SIEMENS S7300/400的CPU。CPU类 型有S7300的有CPU312,313,314,315,316,317T,318，S7400的 CPU412,414,416,417等。凡是后缀带有2DP的CPU都支持DP主站。 本质上，对安全性要求特别高的双冗余热备系统就是采用的PROFIBUSDP 技术,四：硬件组成，文档和工具软件（硬件1）,A：2类主站 1:安装有WINDOWS XP SP2,STEP7 V5.2（西门子S7300/400编程软件）的 PC机一台 2:CP5611/CP5511通讯卡（PCI插槽MPI通讯卡）或PC适配器（S7300/400 的编程通讯电缆）一个 以上配置可将一台PC变成DP的2类主站。,四：硬件组成，文档和工具软件（硬件2）,B:1类主站 S7300系列，支持DP主站的CPU 1台。 C:从站设备 1：MD320变频器，若干台 2：MDPFSS PROFIBUS DP从站通讯适配器若干 3：MDPFSS DP通讯适配器的GSD文件（可向深圳汇川技术有限公司索取或登陆网站WWW.INOVANCE.CN下载）,四：硬件组成，文档和工具软件（GSD文件解释）,对于用户而言，并不需要掌握GSD文件的具体内容，但是，一定要 知道有GSD文件，从站才可以挂到主站上。 1：总线上每个1类主站或从站必须有一个设备描述文件（GSD文件）， 这个文件里包含了PROFIBUS-DP设备的特性； 2：GSD文件包含了DP设备所有的特定参数，例如： （1）：支持的波特率； （2）：支持的消息帧长度； （3）：输入/输出数据的数量； （4）：诊断消息的功能和含义； （5）：模块化设备的选项； 3：GSD文件是一个ASCII码格式的文本文件； 4：每个组态工具需要关联到GSD文件信息； 5：GSD文件由设备制造商创建和提供； 6：PROFIBUS国际组织提供GSD文件编辑器，便于用户很容易的创建GSD文件； 7：GSD文件编辑器包含GSD语法检查器，以使创建的GSD文件符合PROFIBUS的标准； 汇川变频器DP卡提供的GSD文件名为：MD32PFSS.GSD,四：硬件组成，文档和工具软件（工具软件）,DP网络的配置工具由于是SIEMENS公司倡导的，因此，S7300/400 CPU编 程软件就成了理所当然的DP网络配置工具,五：DP网络配置工具的使用(硬件地址分配知识),1:DP的另一种叫法分布式I/O 在S7300/400组成的系统中，有时也把DP称之为分布式I/O.也就是说， CPU将一个远程DP站点当作是一个本地式的I/O模块一样来访问。 在S7300/400系统中，I/O模块是必须分配地址的。可以采用系统自动 配置，也可以采用手工配置的方式来自由定义I/O模块的地址。 在软件中的操作如下： A：给空工程添加一个站点,可以添加一个300/400站点，这个站点将作为DP网络中的主站。,五：DP网络配置工具的使用(硬件地址分配知识),B:出现如下画面成功的创建了一个站点，,右边对象窗口出现HARDWARE,表示一个站点创建成功，,下一步，通过双击HARDWARE，将进入硬件配置（组态）,小知识：所谓的硬件组态，就是确定硬件信息的相关特性，例如地址分配，模拟模块的输入类型等,五：DP网络配置工具的使用(硬件地址分配知识),1:这里是硬件目录，可以将需要的硬件添加到系统中 我们先插入一个机架(RAIL),2：插入的机架就显示在配置窗口了,小知识：SIEMENS S7300/400系统的机架是个很重要的逻辑概念，有些场合硬件的寻址和通讯需要用到，S7300最多支持4个本地机架，一个机架支持最多11个逻辑槽(slot)，1#电源，2CPU,3#接口模块，411#常规I/O模块 所谓的分布式I/O和本地I/O是一个相对的概念,五：DP网络配置工具的使用(硬件地址分配知识),1:向2#槽中插入一个带DP的CPU 2:在2#槽的X2-DP右击，选择”ADD MASTER SYSTEM”,可以创建DP网络 3：在随后出现的对话框中点击”确定“ 总线就成功的创建了,五：DP网络配置工具的使用(硬件地址分配知识),安装汇川MD32PFSS.GSD文件，这一步很重要，GSD文件实质上就是一个接口文件，所有SIEMENS第三方的DP设备，依赖GSD文件，才可以被加入到DP网络中。选中INSTALL NEW GSD,出现一个打开GSD文件的对话框，找到该文件，选中OK,完成GSD文件的安装,五：DP网络配置工具的使用(硬件地址分配知识),1：这就是添加成功的总线，往总线上添加DP站的时候，一定要注意先用鼠标点中总线，不然你的DP站点是加不上去的，这是很多初学者易犯的错误,2：依次点开各个，找到汇川的DP标志模块，将MD32PFSS模块拖到DP总线上。可以看到，模块已经挂到了总线上。OK,操作成功,3：用鼠标选中已经挂到总线的MD32PFSS模块，在这里就会出现DP模块的槽，一开始是空的，表明需要确定DP的PPO类型，然后，根据我们需要的PPO类型，将它拖到这个槽中,五：DP网络配置工具的使用(硬件地址分配知识),当PPO类型确定，拖到了这个槽的时候，系统就自动的给这个模块分配了I/O地址。要记住这个地址，以后访问变频器的时候就要使用这个地址 (在第7章的软件编程中需要使用到这些地址！),小知识：S7300/400的外围I/O寻址 PI:外围输入映象（可以以BIT/BYTE/WORD/DWORD方式寻址） PQ:外围输出映象（可以以BIT/BYTE/WORD/DWORD方式寻址） 例如：以字节方式访问外围输入字节为256的硬件通道，标记为PIB256，以字方式访问外围输出字节为256起始的硬件通道，标记为 PQW256. 这在我们编程的时候是必须的,六：汇川变频器的DP特性和知识,汇川变频器DP通讯卡的结构，如下图。对外提供PROFIBUS 9针标准接口,也提供端子型接口，提供指示灯监视网络的状态，提供一组拨玛开关用以设置相关的网络参数，例如通讯速度，数据格式，终端电阻选择灯。,PROFIBUS 9针标准连接器,请注意：无论采用哪种连接方式，请务必采用标准的DP电缆，否则可能造成通讯故障！,六：汇川变频器的DP特性和知识,总线接口的内部电路图（标准9PIN插头）,六：汇川变频器的DP特性和知识,PPO类型的概念： 简单的说，就是DP数据传输的格式。什么 意思呢?就是说，当主从站之间交换数据时，他们之间交换数据 的格式，这和协议是两回事，这个格式其实已经是封装了协的。 只要我们按照这个格式，把数据放到预定的地方，再按照主站方 特殊的指令，就能够自动的完成数据的交换。 汇川DP支持的PPO类型： 汇川变频器DP卡支持4种PPO类型，PPO1,PPO2,PPO3.PPO5 读懂这个PPO的类型，就和我们读懂一个协议的报文 一样重要。,六：汇川变频器的DP特性和知识,1：PPO包含PKW和PZD，其中,PKW固定8个字节，PZD根据PPO类型不同，最多达20个字节,2：PKW固定8字节的数据,3：PZD根据PPO类型不同，包含最多20字节。,汇川变频器支持PPO1,PPO2,PPO3这三种类型,技巧：先确定一个概念：如果你要读写一个参数，就控制PKW区域就好了 如果你要控制起停，或了解变频器状态，或没有参数的数据，就用PZD好了,六：汇川变频器的DP特性和知识,PKE的含义：PKE包含16BIT,主要包含命令码、响应码和汇川变频器的参数组号。 所谓命令码：就是表明是读命令还是写命令（1：读； 2：写） 所谓响应码：就是表明操作是否成功 所谓的参数组号（PNU）:就是汇川变频器参数的前两位，例如，要处理F4组的某个参数，PNUF4H,例如：我们准备读F4组的某个参数：则PKE=10F4 H 我们准备写F4组的某个参数，则PKE=20F4 H,六：汇川变频器的DP特性和知识,IND: 16BIT,仅用于指明汇川变频器的参数号（注意是参数号，而不是组号） 需要注意的是，要将参数号从10进制变成16进制,综合前面PKE的解释，举例说明： 1：如要读HC的F0-17（加速时间），则PKE=10F0 H IND=1100 H 2：如要写HC的F0-18（减速时间），则PKE=20F0 H IND=1200 H,六：汇川变频器的DP特性和知识,PWE：用于读取数据时，存放被操作参数的返回值，或者用于写数据时，预先存放参数要设置的值（例如：F0-18=50，则50*100再转化成16进制，就放到PWE这个区域）,综合前面PKE，IND，PWE的解释，举例如下： 1：需要通过DP将F0-17设置为30S，则PKE=20F0 H IND=1100 H PWE=30*10=300=0000 012C H 2:通过DP将F0-18的值取回来（假设=40S），则：PKE=10F0 H IND=1200H PWE=40*10=0000 0190 H,六：汇川变频器的DP特性和知识,PZD1：STW/ZSW：主站到从站的控制字或从站到主站的状态字 PZD2：HSW/HIW：主站到从站的主设定值或从站返回的主设定值 PZD3： 自由设定，可以访问变频器的任何参数 PZD4： 自由设定，可以访问变频器的任何参数 PZD5： 自由设定，可以访问变频器的任何参数 PZD6： 自由设定，可以访问变频器的任何参数 PZD7： 自由设定，可以访问变频器的任何参数 PZD8： 自由设定，可以访问变频器的任何参数 PZD9： 自由设定，可以访问变频器的任何参数 PZD10：自由设定，可以访问变频器的任何参数 PZD11：自由设定，可以访问变频器的任何参数 PZD12：自由设定，可以访问变频器的任何参数,六：汇川变频器的DP特性和知识,PZD3： 对应FE-00 PZD4： 对应FE-01 PZD5：对应FE-02 PZD6：对应FE-03 PZD7：对应FE-04 PZD8：对应FE-05 PZD9：对应FE-06 PZD10：对应FE-07 PZD11：对应FE-08 PZD12：对应FE-09 FE-00-FE-09这个十个参数可以自由设置成和变频器参数相关的数字。从而，PZD3-9可以对应任何一个变频参数。其对应关系可以参考MD32PFS手册,汇川变频器的DP特性和知识,控制字STW（16位）： 是PROFIDRIVER的一个术语，表示的是，通过这个字， 可以控制变频器处于何种工作状态下，通常的，控制字是从主站到从站 的信息，例如，可以通过写控制字激活变频器工作于正转 状态字ZSW （16位）： 是PROFIDRIVER的一个术语，表示的是，通过这个字， 可以知道变频器当前处于何种工作状态，通常的，状态字是从从站返回 的信息，例如，可以从返回的状态字知道变频是在正转还是反转 主设定值(HSW/HIW)16位: 速度模式下的频率给定值或转矩模式下的转矩百分比值，HSW表示 主站到从站的，HIW表示从站返回的。,六：汇川变频器的DP特性和知识,控制字的定义（STW）,例如： 控制变频正转则PZD1=0084 H 控制变频反转则 PZD1=0088 H 控制变频自由停车则PZD1=0082 H,六：汇川变频器的DP特性和知识,控制字的定义（STW）,六：汇川变频器的DP特性和知识,ZSW的定义（状态字）,例如： 若PZD1返回0843 H 表示变频器处于速度模式正转无故障运行,六：汇川变频器的DP特性和知识,PZD2的定义：,例如： 1：速度模式下，若此时的主给定频率为50HZ，则PZD2=50*100=5000=1388 H 2：速度模式下，若此时的主转矩给定为100%，则 PZD2=100*10=1000=03E8 特别注意：由于变频器内部积存器为16位寄存器，因此，所有的参数都是整型格式，表示带小数点的数据时，采用移动小数点的方式，例如，F0-17=20.00S，在寄存器内部实际上是2000，所以，在作这种变换时，需要注意相关参数的小数点后小数有效数字。,七：在主站中对从站(汇川变频器)进行读写操作,通过前面6章的学习，我们已经充分的了解到DP网络的基本知识 包括主从站定义，通讯介质，硬件环境，软件环境，必要文档， 基本工具等 学习本章需要有些SIEMENS S7300/400的编程基础知识，如果 实在来不及了解，只要按照前面的第5章的硬件操作和本章的软 件编写，一样可以达到成功通讯的目的。,七：在主站中对从站(汇川变频器)进行读写操作,在第5章的描述中，讲到了DP模块的地址分配如下,请注意这个地址，输入型，表示来自从站，从256263，共8字节，标记为PIW256，PIW258，PIW260，PIW262，和PKW（8字节）对应,请注意这个地址，输出型，表示主站到从站，从256263，共8字节，标记为PQW256，PQW258，PQW260，PQW262，和PKW（8字节）对应,七：在主站中对从站(汇川变频器)进行读写操作,请注意这个地址，输入型，表示来自从站，从264267，共4字节，标记为PIW264（PZD1），PIW266（PZD2），和PZD（4字节）对应,请注意这个地址，输出型，表示主站到从站，从264267，共4字节，标记为PQW264（PZD1），PQW266（PZD2），和PZD（4字节）对应,这里可以看出，使用了PPO1，共12字节,七：在主站中对从站(汇川变频器)进行读写操作,从上面的地址分配可以看出，S7300的本地主机，将DP站就看成了自己 的I/O模块一样来访问（虽然本质是通讯的，但编程处理就像处理本地I/O 模块一样），这也是PROFIBUS DP有时被人称之为分布式I/O的来由。 和访问本地I/O的概念稍有不同的是，由于DP模块的访问有时涉及到多 于4个字节的数据交换， 我们知道，在PLC里面，表示一个数据类型最 大的存储空间是32位的，超过了32位的空间，没有这样的类型来表示， 那么，多于4字节的数据的交换就有个保持数据一致性的概念，其目的 就是为了保证数据的连续性。 换句话说，如果只交换4字节以内的数据，本身就是具有数据一致性，此 时，只要一条最简单的MOVE指令，将数据传送到I/O地址就可实现主从 站之间通讯（例如PPO3传送PZD1，PZD2），而如果是超过4字节的数 据（例如要传送PPO1中6个字的PKW和2个字的PZD），此时，如果也 使用MOVE指令来传送，则会出现数据不一致的现象。,七：在主站中对从站(汇川变频器)进行读写操作,这时，SIEMENS S7300提供了专门的DP读写功能块： SFC14：DP读，从DP从站读取数据 SFC15：DP写，将数据从主站写到从站 SFC14/15的公共参数解释：,LADDR：将要操作的DP模块的地址，注意要将地址编程16进制 RET_VAL:调用功能块的返回值，通讯无错为0。有错为非0值 RECORD:数据记录，将要写到从站或从站返回的数据（读写值）,七：在主站中对从站(汇川变频器)进行读写操作,例子：使用DP写功能，向DP的PZD1写控制字0X0084/0X0081,来启动变频器正转和停止，这个条件受逻辑I0.0/I0.1约束,小知识：P#M4.0 BYTE 2表示从位M4.0开始的两个字节， 即为MB4和MB5（二者可以组合为MW4）,八：DP常见故障及处理,1：大功率机器安装了DP卡，面板显示HC，是什么原因？ 如何解决？ 答：因为DP卡需要耗用电源，而我们的大功率机器由于控制电源容量不够，安装上DP卡之后，控制电源被拉垮，和风机被堵死的现象一样。通过在10V和GND之间加装一个80-100欧的电阻就可以了。 2：对于有接地的系统，和没有接地的系统，我们的抗干扰措施应该如何处理？ 答：对于零线和地线分开的系统，这种地线是比较干净的，此时，我们应该让变频器可靠接地，让DP卡可靠接地，DP电缆的屏蔽层一端接到PLC主站接头的外壳，一端可靠的连接到DP卡的DG端。 对于零地合一，另外打接地桩的系统，需要采取以下措施： A：拆除控制板和变频器机壳的接地铜螺柱； B：变频器的PE连接到接地桩； C：变频器的AI输入信号，最好取用本身的电源供电； D：DP电缆的变频侧悬空，PLC侧仍然连接到外壳，即所谓单端接地； E：可以适当降低变频器的载波频率； F：加装变频器的输出电抗器，可以明显减小漏电流，从而减小干扰；,八：DP常见故障及处理,3：具有DP网络的系统，运行中PLC的SF灯亮，或者指示DP网络的BF故障灯亮了，这是什么道理？ 怎么解决？ 答：如果系统已经正常的运行了，而偶尔有这种现象，基本可以判定为干扰造成掉站（即主站找不到从站）。 因为原来一直正常的系统，说明网络配置，通讯程序没有问题。通常PLC主站都有从站的自动监测手段，掉站的时候，PLC会有BF或SF灯来指示网络是否正常。 通常这种情况会出现在大功率变频器突然加上负载或负载比较重的情况下，强电流干扰引起。 可以参考前面所讲的抗干扰方法来予以解决？,八：DP常见故障及处理,4：主站系统在空载时工作正常，三个指示灯都是亮的，可是一旦加上负载运行，LED2或LED3却灭掉了。必须重新上电才可全亮？ 答：这种现象是由于强干扰，导致的总线掉站，主站CPU找不到从站变频器。LED2指示了变频器DP卡和PLC的通讯，由于干扰，将DP卡上的MCS51的芯片和SPC3芯片刷掉了。此时必须重新上电才可以解决。彻底的解决办法可以参考前面关于抗干扰措施的介绍。 5：MD320 和MD330的变频器，其DP功能有何不同？ MD330的DP功能和MD320不同之处，在于控制字中MD330增加了预驱动，卷径复位两个功能。 而且建议用户在使用预驱动功能是，先给出运行命令，再给出预驱动命令，然后再撤销预驱动命令。,八：思考题和习题：,1：根据以上7章内容，试图修改F0-17=50S,修改F0-17=50S的例子,