王　虎（西安奧益達(dá)石油技術(shù)開(kāi)發(fā)有限公司,西安 710000）

基于Profibus DP協(xié)議的西門(mén)子G120變頻器與艾默生Deltav的DP通信

王虎
（西安奧益達(dá)石油技術(shù)開(kāi)發(fā)有限公司,西安 710000）

以西門(mén)子G120變頻器與艾默生DeltavDCS通信為實(shí)例，通過(guò)變頻器就地遠(yuǎn)方控制切換參數(shù)組的設(shè)置及Deltav軟件組態(tài)，介紹了以ProfibusDP通信協(xié)議為基礎(chǔ)的串行通信的具體實(shí)現(xiàn)方法，實(shí)踐表明基于ProfibusDP通信協(xié)議為基礎(chǔ)的串行通信簡(jiǎn)單、數(shù)據(jù)傳輸速率快、通用性強(qiáng)并且使用方便，具有廣泛的應(yīng)用。

DCS；ProfibusDP；變頻器

1　引言

隨著自動(dòng)化技術(shù)的不斷進(jìn)步，集散控制系統(tǒng)（DCS）在自動(dòng)化領(lǐng)域的應(yīng)用更加廣泛、復(fù)雜。目前，在很多場(chǎng)合普遍存在DCS與其他控制系統(tǒng)或工控設(shè)備混合使用的情況,在同類(lèi)型變頻設(shè)備較多的情況下，采用總線通信方式和變頻器連接可以節(jié)省電纜成本和調(diào)試時(shí)間。

2　Profibus-DP通訊

PROFIBUS是ProcessFieldbus的縮寫(xiě)，是面向工廠自動(dòng)化的一種國(guó)際性的現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)。PROFIBUS中主要包含有三個(gè)子集，分別為Profibus-DP、Profibus-FMS、Profibus-PA以滿足工廠網(wǎng)絡(luò)中的多種應(yīng)用需要。Profibus-DP是專(zhuān)為自動(dòng)控制系統(tǒng)與設(shè)備級(jí)分散I/O之間的通信而設(shè)計(jì)，用于分布式控制系統(tǒng)設(shè)備間的高速數(shù)據(jù)傳輸。DP采用RS-485作為物理層的連接接口，主要用于完成包括諸如可編程控制器、傳感器、執(zhí)行器間的通信任務(wù)。其通信模型采用了通信參考模型的物理層，數(shù)據(jù)鏈路層和用戶接口，略去了第三層到第七層，保證了數(shù)據(jù)傳輸?shù)目焖俸透咝势渚W(wǎng)絡(luò)的傳輸速度最快可達(dá)12Mb/s。

3　Profibus的物理層及網(wǎng)絡(luò)連接

3.1RS-485的物理連接

RS-485是PROFIBUS系統(tǒng)中最常見(jiàn)的物理連接方式，由EIA定義的RS-485采用平衡差分傳輸方式。在一個(gè)有屏蔽層的雙絞電纜上傳輸大小相同而方向相反的通信信號(hào)，以消弱工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的噪聲影響。系統(tǒng)采用總線型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俾蕪?.6Kb/s到12Mb/s可選。在RS-485總線電纜上主要使用9針的D型接頭。D型連接器分插頭、插座兩種形式。插座在總線站一側(cè)，插頭與RS-485電纜相連。RS-485總線電纜由一對(duì)雙絞線組成，常視為A線和B線。B線對(duì)應(yīng)于數(shù)據(jù)發(fā)送/接收的正端即RxD/TxD-P(+)腳，A線則對(duì)應(yīng)于數(shù)據(jù)發(fā)送/接收的負(fù)端即RxD/TxD-N(-)腳。在每一個(gè)典型的D型接頭內(nèi)部都有1個(gè)備用的終端電阻和2個(gè)偏置電阻，由D型接頭外部的一個(gè)微型撥碼開(kāi)關(guān)來(lái)控制是否接入。此開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)（OFF位置）不接入終端電阻。

3.2信號(hào)編碼

RS-485電纜上的通信信號(hào)以字符為單位傳輸，信號(hào)傳輸?shù)恼{(diào)制形式為NRZ（不歸零）編碼方式。信號(hào)在電纜上高速傳輸?shù)囊粋€(gè)常見(jiàn)問(wèn)題是信號(hào)的畸變。高速傳播的信號(hào)不可能在到達(dá)電纜兩端后消失，而是會(huì)被“反射”回來(lái)，疊加到原始信號(hào)波形上，從而引起信號(hào)畸變。為了消除反射信號(hào)的影響，通常的方法是在電纜的兩端接入終端電阻，以吸收傳到兩端的能量，避免反射引起的信號(hào)畸變。

4　通訊的建立與實(shí)施

4.1通訊電纜連接

采用ProfibusDP專(zhuān)用電纜和DP接頭將現(xiàn)場(chǎng)變頻器串在一起，從主控室過(guò)來(lái)的DP線進(jìn)第一臺(tái)變頻器DP接頭的進(jìn)孔，出孔連接下一臺(tái)變頻器DP頭的進(jìn)口，依次類(lèi)推到最后一臺(tái)變頻器的DP進(jìn)口，為保證通訊正常需將DCS與最后一個(gè)DP接頭的撥碼開(kāi)關(guān)撥到OFF，最后一個(gè)DP接頭撥碼開(kāi)關(guān)撥到ON。所有DP頭中的接線全部紅線接紅端子口，綠線接綠端子口，DCS機(jī)柜內(nèi)的DP卡件綠線接1號(hào)端子、紅線接3號(hào)端子。

4.2變頻器的總線通訊設(shè)置

4.2.1地址和波特率設(shè)置

地址設(shè)置有兩種方法：

（1）變頻器控制單元的側(cè)邊有8位DP地址撥碼開(kāi)關(guān)，當(dāng)撥碼開(kāi)關(guān)全部在位置0時(shí)，DP地址=P0918=XXX；

（2）通過(guò)撥碼開(kāi)關(guān)設(shè)置DP地址，1~8的撥碼開(kāi)關(guān)分別代表bit0~7,需進(jìn)行相應(yīng)二進(jìn)制到十進(jìn)制換算才為DP地址，當(dāng)只有BIT0撥到ON時(shí)表示地址1，只有BIT3撥到ON時(shí)代表地址4。通過(guò)DP地址撥碼開(kāi)關(guān)設(shè)置地址之后，變頻器需重新上電，新地址才能生效。

西門(mén)子變頻G120DP為自適應(yīng)波特率，默認(rèn)波特率為1.5M/s，也可通過(guò)DCS修改。

4.2.2就地和總線控制參數(shù)組設(shè)置

電機(jī)參數(shù)根據(jù)電機(jī)銘牌進(jìn)行相應(yīng)設(shè)置，相關(guān)功能參數(shù)設(shè)置如下：

P700[0]=2,端子控制功 能；P700[1]=6,現(xiàn)場(chǎng)總線控 制功能；P704=99,激活端子8功能；P810=722.3，激活切換方式；P840[0]=2841,運(yùn)行命令源；P1000[0]=2,通過(guò)端子進(jìn)行模擬量設(shè)置；P1000[1]=16,通過(guò)總線進(jìn)行模擬量設(shè)置；P1120=25，上升斜坡時(shí)間；P1121=25，下降斜坡時(shí)間；P2800[0]=1,使能自由功能塊；P2801[9]=1,激活非門(mén)；P2801[14]=1,激活RS觸發(fā) 器；P2828=722.1， 非門(mén)；P2840[0]=722.0,RS觸 發(fā) 器置 位；P2840[1]=2829,RS觸發(fā)器復(fù)位；通過(guò)以上設(shè)置可以保證現(xiàn)場(chǎng)控制箱的就地控制功能以及現(xiàn)場(chǎng)控制箱就地/遠(yuǎn)方切換控制的功能，但因變頻器報(bào)文類(lèi)型未設(shè)置，即使變頻器與DCS通信狀態(tài)正常也不能建立正常的總線控制。

4.2.3報(bào)文類(lèi)型設(shè)置及G120周期性通訊

通過(guò)P0922可以進(jìn)行報(bào)文類(lèi)型選擇，根據(jù)讀取數(shù)據(jù)要求選擇相應(yīng)報(bào)文，DCS設(shè)置的報(bào)文類(lèi)型保持與變頻器設(shè)置的報(bào)文類(lèi)型一致。G120變頻器報(bào)文標(biāo)準(zhǔn)如下：1：標(biāo)準(zhǔn)報(bào)文1,2PZD20：標(biāo)準(zhǔn)報(bào)文20，VIK/NAMUR 350:標(biāo)準(zhǔn)報(bào)文350,4PZD352：標(biāo)準(zhǔn)報(bào)文352，PCS7 354：標(biāo)準(zhǔn)報(bào)文354,4PKW，6PZD999：自由報(bào)文

G120周期性數(shù)據(jù)通訊報(bào)文有效數(shù)據(jù)區(qū)域由兩部分構(gòu)成，即PKW區(qū)（參數(shù)識(shí)別ID-數(shù)值區(qū)）和PZD區(qū)（過(guò)程數(shù)據(jù)）。PKW區(qū)最多占用4個(gè)字，即PKE（參數(shù)標(biāo)識(shí)符值：占用1個(gè)字）、IND（參數(shù)的下標(biāo)：占用1個(gè)字）、PWE1和PWE2（參數(shù)數(shù)值共占用2個(gè)字）。

第一個(gè)字PKE：參數(shù)識(shí)別標(biāo)識(shí)，位15-12為任務(wù)或應(yīng)答識(shí)別標(biāo)記ID，位11為參數(shù)修改報(bào)告，位10-00為基本參數(shù)號(hào)PNU。第二字IND：參數(shù)的下標(biāo)，完整的參數(shù)號(hào)碼是由基本參數(shù)號(hào)碼（PNU）和頁(yè)下標(biāo)（頁(yè)號(hào)）產(chǎn)生。第三個(gè)字PWE1和第四個(gè)字PWE2:參數(shù)數(shù)值?？偸且噪p字（32位）來(lái)傳送參數(shù)值（PWE）。由PWE1（高位有效字：第三個(gè)字）PWE2（低位有效字：第四個(gè)字）組成一個(gè)32位參數(shù)值。PZD區(qū)：過(guò)程數(shù)據(jù)。過(guò)程數(shù)據(jù)包括控制字（狀態(tài)信息）和設(shè)定值（實(shí)際值）。必須要將控制字的第十位位置1選擇由DCS來(lái)控制變頻器，這些過(guò)程數(shù)據(jù)才會(huì)傳送到變頻器。

控制字1（STW1）和狀態(tài)字1（ZSW1）的各位含義詳見(jiàn)變頻器手冊(cè)，十六進(jìn)制控制字的最低位對(duì)應(yīng)控制字二進(jìn)制數(shù)中的最高4位，以此類(lèi)推，常用控制字：1.047E(HEX)運(yùn)行準(zhǔn)備；2.047F(HEX)正轉(zhuǎn)啟動(dòng)；3.0C7F(HEX)反轉(zhuǎn)啟動(dòng)；4.04FE(HEX)故障確認(rèn)。

4.3DCS軟件組態(tài)

（1）在DCS設(shè)備信息當(dāng)中添加變頻器的GSD文件，選中l(wèi)ibrary/profibusdp---右鍵選adddevicedefintion找到GSD文件進(jìn)行添加，添加成功后會(huì)在Drives/siemensAGA&D中顯示出添加進(jìn)來(lái)的GSD文件。

（2）找到連接現(xiàn)場(chǎng)變頻器的控制柜中DP卡件中C14卡件，選中P01右鍵屬性使能P01，設(shè)置波特率確保與現(xiàn)場(chǎng)變頻器波特率一致，P01地址保持默認(rèn)值1，其它選項(xiàng)保持默認(rèn)。選中P01右鍵選擇newprofibusdevice--＞找到上面導(dǎo)入的G120GSD文件，新建PDT4變頻器，設(shè)置PDT4的地址為2保持與現(xiàn)場(chǎng)對(duì)應(yīng)變頻器地址一致。新建PDT4完成后，選中PDT4右鍵新建profibusslot選擇與變頻設(shè)置的報(bào)文類(lèi)型一致的報(bào)文，本例選擇標(biāo)準(zhǔn)報(bào)文352。

（3）下面參考G120CU240SDP操作手冊(cè)對(duì)PDT4的控制字、主設(shè)定值、狀態(tài)字、實(shí)際反饋值、報(bào)警字、故障字等進(jìn)行相應(yīng)組態(tài)。依據(jù)操作手冊(cè)組態(tài)狀態(tài)字，選中PDT4中的SLOT001右鍵新建profibussignal設(shè)置信號(hào)方向?yàn)檩斎?、偏移量?字節(jié)、數(shù)據(jù)類(lèi)型為16位無(wú)符號(hào)數(shù)其余為默認(rèn)；同理依次組態(tài)實(shí)際反饋值字、電流信號(hào)字、報(bào)警字、故障字、所對(duì)應(yīng)的偏移量依次為2、4、8、10，數(shù)據(jù)方向?yàn)檩斎耄瑪?shù)據(jù)類(lèi)型為16位無(wú)符號(hào)數(shù)，其余設(shè)置保持默認(rèn)。

同上依次組態(tài)控制字和主設(shè)定值，信號(hào)方向?yàn)檩敵觯瑪?shù)據(jù)類(lèi)型為16位無(wú)符號(hào)數(shù)，控制字和主設(shè)定值的偏移量依次對(duì)應(yīng)0和2，其余設(shè)置保持默認(rèn)。6個(gè)輸入字和2個(gè)輸出字組態(tài)完畢后選中卡件C14進(jìn)行下裝。

（4）控制邏輯搭建。1）選中廠區(qū)右鍵新建controlmodule命名XFAN_COMM；2）組態(tài)控制字和主設(shè)定值：從右邊功能塊欄中l(wèi)ogical項(xiàng)中拖拽BFI功能塊至工作區(qū)，并擴(kuò)大輸入觸腳至最大16位；從specialitems項(xiàng)中拖拽inputparameter和outputparameter至工作區(qū)；從analogcontrol項(xiàng)中拖拽scaler功能塊至工作區(qū)。設(shè)置輸入PARAM1~16數(shù)據(jù)類(lèi)型為BOOL量,輸出參數(shù)數(shù)據(jù)類(lèi)型為外部引用，通過(guò)瀏覽鏈接到14卡下面的控制字（如：SIGNAL005）和主設(shè)定值（如：SIGNAL006），依據(jù)參考手冊(cè)對(duì)控制字和主設(shè)定值進(jìn)行功能搭建。根據(jù)以上常用控制字將047E運(yùn)行準(zhǔn)備控制字進(jìn)行二進(jìn)制換算，并將二進(jìn)制數(shù)據(jù)由低位到高位依次輸入到BFI功能塊中的位1~位16中（相當(dāng)于參數(shù)1~16），輸出參數(shù)通過(guò)外部引用到C14卡件的輸出控制字（SIGNAL005）并與BFI的輸出觸腳OUT_INT相連。G120DP變頻器的頻率設(shè)定值的0~100%對(duì)應(yīng)十六進(jìn)制的0~4000，即頻率設(shè)定值0~50Hz對(duì)應(yīng)十進(jìn)制數(shù)的0~16384，組態(tài)PARAM18的數(shù)據(jù)類(lèi)型為16位無(wú)符號(hào)數(shù)，量程換算的輸入范圍0~50Hz，輸出范圍為0~16384小數(shù)位為0，PARAM19通過(guò)外部引用連接到C14卡下面主設(shè)定值（如：SIGNAL006）；3）組態(tài)狀態(tài)字：從右邊功能塊欄中l(wèi)ogical項(xiàng)中拖拽BFO功能塊至工作區(qū)，并擴(kuò)大輸入觸腳至最大16位；從specialitems項(xiàng)中拖拽inputparameter，輸入?yún)?shù)1STATE1通過(guò)外部引用讀取狀態(tài)字1，并通過(guò)BFO3功能塊進(jìn)行二進(jìn)制換算，換算出的1~16位布爾量對(duì)應(yīng)狀態(tài)表0~15位，OUT_D1對(duì)應(yīng)狀態(tài)字位0依此往下一一對(duì)應(yīng)。頻率的實(shí)際值1STATE2通過(guò)外部引用讀取實(shí)際反饋值，同設(shè)定值對(duì)應(yīng)關(guān)系，將收到的反饋值0~16384通過(guò)單位換算功能塊（SCLR）線性對(duì)應(yīng)到0~50Hz，功能塊的輸入范圍0~16384，輸出范圍0~50Hz。電流的實(shí)際值1STATE3通過(guò)外部引用讀取電流信號(hào)，參考操作手冊(cè)和實(shí)際測(cè)量情況對(duì)收到的電流信號(hào)進(jìn)行換算，收到的電流信號(hào)比40可得與實(shí)際測(cè)量一致的結(jié)果。傳輸上來(lái)的報(bào)警字（1STATE7）和故障字（1STATE8）分別參考操作手冊(cè)對(duì)其進(jìn)行解包處理，詳見(jiàn)操作手冊(cè)；4）畫(huà)面組態(tài)：DCS按照信號(hào)類(lèi)型和IFIX功能建立相應(yīng)監(jiān)控畫(huà)面，通過(guò)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)鏈接關(guān)聯(lián)到控制邏輯中的相應(yīng)參數(shù)，實(shí)現(xiàn)畫(huà)面的監(jiān)控功能，然后根據(jù)工藝需要添加相關(guān)信號(hào)的歷史趨勢(shì)供DCS調(diào)用、保存。

5　結(jié)束語(yǔ)

西門(mén)子G120DP變頻器與艾默生DeltavDCS基于ProfibusDP的串行通信的實(shí)現(xiàn)，極大的方便了工藝監(jiān)控，減少了操作維護(hù)人員的工作量和維護(hù)難度，降低操作維護(hù)成本，達(dá)到了預(yù)期的效果和目的，也為其它變頻器與DCS系統(tǒng)的通訊提供實(shí)際參考經(jīng)驗(yàn)。

[1]陽(yáng)憲慧,現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)及應(yīng)用[M].北京：清華大學(xué)出版社1999.

[2]西門(mén)子,G120操作說(shuō)明手冊(cè)[S].

[3]西門(mén)子,G120參數(shù)手冊(cè)[S].