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 PROFIBUS DP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 PROFIBUS2 DEVICENET3 CANOPEN4 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EN501701999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 2001j4 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 PROFIBUS DP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SIEMENSS7300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PROFIBUSDP的SIEMENSS7300的CPU 然后我们还有若干台支持DP从站的HCMD3xx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SIEMENSS7300 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PROFIBUS DP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WINDOWSXPSP2 STEP7V5 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CPU1台 C 从站设备1 MD320变频器 若干台2 MDPFSSPROFIBUSDP从站通讯适配器若干3 MDPFSSDP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 400CPU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 SIEMENSS7300 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 2 CPU 3 接口模块 4 11 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CPU2 在2 槽的X2 DP右击 选择 ADDMASTERSYSTEM 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INSTALLNEWGSD 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PROFIBUS9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 PROFIBUS9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 PNU F4H 例如 我们准备读F4组的某个参数 则PKE 10F4H我们准备写F4组的某个参数 则PKE 20F4H 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 10F0HIND 1100H2 如要写HC的F0 18 减速时间 则PKE 20F0HIND 1200H 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 20F0HIND 1100HPWE 30 10 300 0000012CH2 通过DP将F0 18的值取回来 假设 40S 则 PKE 10F0HIND 1200HPWE 40 10 00000190H 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 00PZD4 对应FE 01PZD5 对应FE 02PZD6 对应FE 03PZD7 对应FE 04PZD8 对应FE 05PZD9 对应FE 06PZD10 对应FE 07PZD11 对应FE 08PZD12 对应FE 09FE 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 0084H控制变频反转则PZD1 0088H控制变频自由停车则PZD1 0082H 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0843H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 1388H2 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SIEMENSS7300 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256 263 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256 263 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264 267 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264 267 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PROFIBUSDP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 SIEMENSS7300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 0BYTE2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