【正文】 P 接口，使用 IM308C 或 CP5431 的 S51113 155U/H 的 S5 系列 PLC 也可接入 DP 總線。 3ET200L/ET200LSC/ET200LSC IMSC ET200L 是一種小型固定式 I/O 站，由端子板和電子板組成，有集成的 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 20 PROFIBUSDP 接口，可選擇多種開關(guān)量輸入 /輸出模板，不可擴(kuò)展， ET200 系列最大數(shù)據(jù)傳輸速率 ，防護(hù)等級 IP20。端子板包括電源、總線連接口及接線端子。如從站不具有 PROFIBUS 接口，可考慮通過分布式I/O 設(shè)備解決，常用到的從站有： 1 PLC 做從站――智能型 I/O 從站 PLC 自身存儲有程序， CPU 可以執(zhí)行程序并按程序驅(qū)動其 I/O，但作為PROFIBUS 主站的一個從站，在 PLC 存儲器中有一段特定區(qū)域作為與主站通信的共享數(shù)據(jù)區(qū)，主站可通過通信間接控制從站 PLC 的 I/O。 1） 以 PC 為主機(jī)的編程終端及監(jiān)控操作站 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 19 具有 AT 總線的 PC、筆記本計(jì)算機(jī)、工業(yè)控制計(jì)算機(jī)均可配置成PROFIBUS 的編程、監(jiān)控、操作工作站，即所謂 2 類主站。使用時注意選擇與網(wǎng)卡 配合使用的軟件包。如編程器、診斷和管理設(shè)備。所以總線結(jié)構(gòu)其成員的數(shù)目是有限的，同時總線長度和傳輸速率成反比。每一個成員只需一個接口就可以和總線上的任一成員進(jìn)行通信了。如點(diǎn)對點(diǎn)連接、環(huán)形結(jié)構(gòu)、星形結(jié)構(gòu)、樹狀結(jié)構(gòu)、總線結(jié)構(gòu)等；另一方面是指與幾何排列無關(guān)的邏輯順序排列。另外，它又是： (1)工業(yè)以太網(wǎng)是基于國際標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)； (2)工業(yè)以太網(wǎng)一專為工業(yè)應(yīng)用而優(yōu)化設(shè)計(jì)； (3)自動化應(yīng)用中車間和單元級的網(wǎng)絡(luò)； (4)以太網(wǎng)國際標(biāo)準(zhǔn) IEEE 和 IEEE ； (5) ISO 和 TCP/IP 標(biāo)準(zhǔn)通訊協(xié)議； (6)工業(yè)以太網(wǎng)是完全的工業(yè)級的通訊 :所有器件都為工業(yè)應(yīng)用而設(shè)計(jì)，高速的冗余功能更加確保了可靠性； (7)車間級和單元級的高性能網(wǎng)絡(luò) :支持 100 Mbit/s 高速以太網(wǎng)，能連接更多的站點(diǎn)，覆蓋更廣的區(qū)域； (8)IT 信息技術(shù)解決方案的基礎(chǔ) (9)超長的網(wǎng)絡(luò)距離 :LAN，采用切換技術(shù)可達(dá) 1300km, WAN，通過 TCP/IP 協(xié)議實(shí)現(xiàn)全球范圍的通訊。西門子公司通過 CP4431 通信 模塊使 PLC 互連，并通過以太網(wǎng)卡將其連到上層 PC 機(jī)及服務(wù)器，以組成網(wǎng)段或網(wǎng)絡(luò)。 S7400PLC S7300PLC 圖 26 S7400、 S7300 的數(shù)據(jù)交換 2..3 本 章 小結(jié) ： 本章主要首先 研究 了 PROFIBUS 協(xié)議的結(jié)構(gòu)和 PROFIBUS – DP 總線結(jié)構(gòu)的通訊方式 。具有本質(zhì)安全和采用雙線技術(shù)通過總線供電，這樣就可以用于危險(xiǎn)區(qū)域了，其傳輸技術(shù)的主要特性見表 。在參數(shù) 設(shè)定階段，每個從站將自己的實(shí)際組態(tài)數(shù)據(jù)與從 DPM1 接受到的組態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，只有當(dāng)實(shí)際數(shù)據(jù)與所需的組態(tài)數(shù)據(jù)相匹配時， DP 從站才進(jìn)入用戶數(shù)據(jù)傳輸階段。PROFIBUS 總線循環(huán)時間必須要比主站（ PLC）程序循環(huán)時間短。 圖 24 兩個主站之間的連接 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 12 下圖 25 中 b8 為 Res，表示預(yù)留位； b7 為幀類型， b7=1 表示發(fā)送 /請求幀， b7=0 表示響應(yīng)幀；此時 b6b5 作 Stn 類型，即表示站類型及 FDL 狀態(tài)，如b6b5=00，表示從站； b6b5=01 表示主站未準(zhǔn)備好； b6b5=10 表示主站準(zhǔn)備進(jìn)入邏輯環(huán)； b6b5=11 表示該站已是邏輯環(huán)上的主站。 LSPM2 具有同 SPM2 同樣的功能，但它只有 32 位 I/O， SPM2 和 LSPM2 可完全獨(dú)立處理通信協(xié)議。 ASPC 2 可完成信息報(bào)文、地址碼、備份數(shù)據(jù)序列的處理。 SPC 4 還提供了連接 SIM 1 的同步接口。至于采用何種實(shí)現(xiàn)方法主要取決與現(xiàn)場設(shè)備的復(fù)雜程 度、需要的性能和功能；技術(shù)參數(shù)如表 21 所示 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 10 表 21 PROFIBUS 芯片技術(shù)參數(shù) 芯片 技術(shù) 參數(shù) LSPM2 SPM2 SPC3 SPC4 ASPC2 符合協(xié)議 PROFIBUSDP PROFIBUSDP PROFIBUSDP PROFIBUSDP PA FMS PROFIBUSDPFMS 最大數(shù)據(jù)傳輸率 /Mbps 12 12 12 12 12 數(shù)據(jù)傳輸速度自動識別 是 是 是 是 是 是否需要微處理器 否 否 是 是 是 系統(tǒng)軟件大小 不要 不要 6KB 8~30KB 80KB 電源要求 DC5V DC5V DC5V DC5V DC5V 功耗 按需求定 按需求定 允許環(huán)境溫度 按需求定 按需求定 － 40 ～850C － 40～850C － 20 ～700C SPC3 是一種用于從站的智能通信芯片，支持 PROFIBUSDP 協(xié)議。波特率從 12Mbit/s。 PROFIBUS DP 主站和 DP從站循環(huán) 進(jìn)行 用戶數(shù)據(jù)傳送。 PROFIBUS 總線存取協(xié)議 中 ，主站之間采用令牌傳送方式，主站與從站之間采用主從方式。 PROFIBUS 第 2 層的結(jié)構(gòu)格式保證高度的數(shù)據(jù)完整性，這時所有報(bào)文的海明距離 HD＝ 4 以及使用特殊的起始和結(jié)束定界符、無間距的字節(jié)同步傳輸和每個字節(jié)的奇偶校驗(yàn)來保證。 主站 PS,TN,NS 令牌流動 PS,TN,NS PS,TN,NS PS,TN,NS 從站 圖 22 PROFIBUS 總線存取協(xié)議 令牌傳遞程序保證了每個主站在一個確切規(guī)定的時間框內(nèi)得到總線存取權(quán)（令牌），令牌是一條特殊的電文，它在所有主站中循環(huán)一周的最長時間是事先規(guī)定的，在 PROFIBUS 中，令牌只在各主站之間通信時使用。從站也稱為被動站。 PROFIBUS－ PA 數(shù)據(jù)傳輸采用擴(kuò)展的“ PROFIBUS－ DP”協(xié)議，另外還使用了描述現(xiàn)場設(shè)備行為的行規(guī)，根據(jù) IEC11582 標(biāo)準(zhǔn)，這種傳輸技術(shù)可確保其 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 7 本質(zhì)安全性，并使現(xiàn)場設(shè)備通過總線供電。其中由于 S7400 和 S7300 均帶有中央處理器，可處理數(shù)字信息，因此在本系統(tǒng)中，將 S7400 作為主站而將 S7300 作為從站，通過它們之間的數(shù)據(jù)交換來共同控制系統(tǒng)?？梢哉f，對于未來的工業(yè)控制系統(tǒng)，誰能統(tǒng)領(lǐng)現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)，它在工業(yè)控制界的作用和影響將相當(dāng)于微軟公司在計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的地位 [15]。 現(xiàn)場總線的前景與發(fā)展 現(xiàn)場總路線將成為工業(yè)控制發(fā)展的革命性飛躍，近年來，有關(guān)現(xiàn)場總線的報(bào)道層出不窮，其中令人關(guān)注 的焦點(diǎn)集中在以下兩個方面： 1 能否出現(xiàn)全世界統(tǒng)一的現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)。 2 PROFIBUSPA 對于安全性要求較高的場合，可選用 PROFIBUSPA 協(xié)議，這由 DIN19245的第四部分描述?，F(xiàn)場為開放式互連網(wǎng)絡(luò)，所有技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)全是公開的，所有制造商都必須遵循。用戶不必為集成不同廠商的產(chǎn)品而在硬件或軟件上花費(fèi)力氣或增加額外投資。其中 PROFIBUSDP 是一種高速低成本通信，用于設(shè)備級控制系統(tǒng)與分散式 I/O 的通信 ，使用PROFIBUSDP 可取代辦 24VDC 或 420mA 信號傳輸，而 PROFIBUSPA 專為過程自動化設(shè)計(jì)，可使傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)連在一根總線上，并有本征安全規(guī)范；PROFIBUSFMS 主要用于車間級監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，是一個令牌結(jié)構(gòu) 實(shí)時多主網(wǎng) 落 [9]。 交流調(diào)速系統(tǒng)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀近年來隨著電力電子技術(shù)和微電子技術(shù)的迅猛發(fā)展以及現(xiàn)代控制理論和計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的應(yīng)用，交流調(diào)速領(lǐng)域發(fā)展非常迅速，交流傳動技術(shù)取得了突破性的進(jìn)展，獲得了許多創(chuàng)造性的成果。而高性能電力、電子器件的應(yīng)用更是推動了交流調(diào)速系統(tǒng)的發(fā)展，例如在通用變頻器方面，針對中、低壓應(yīng)用領(lǐng)域的絕緣柵雙極型晶體管（ IGBT）的高開關(guān)頻率使得高性能的變頻器成為可能，而在以后出現(xiàn)的智能功率模塊（ IPM），更加簡化了通用變頻器的設(shè)計(jì)。且在工業(yè)各個領(lǐng)域中得到了極為廣泛的應(yīng)用。強(qiáng)化節(jié)約意識，鼓勵生產(chǎn)和使用節(jié)能節(jié)水產(chǎn)品、節(jié)能環(huán)保型汽車，發(fā)展節(jié)能省地型建筑，形成健康文明、節(jié)約資源的消費(fèi)模式。 所以 本文針對 PROFIBUS 總線的工作原理和特點(diǎn)，探討了 通用變頻器 MM 系列變頻器在 調(diào)速 系統(tǒng)中的應(yīng)用情況，并分析了 PROFIBUSDP 網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，系統(tǒng)中主站和從站的建立，變頻器 GSD 文件的導(dǎo)入， MPI 網(wǎng)絡(luò)設(shè)置， PLC 對變頻器控制的程序設(shè)計(jì)，最后給出了總線系統(tǒng)中控制字（ PQW） 和狀態(tài)字（ PIW）的數(shù)據(jù)格式。本課題就是針對交流電機(jī)的發(fā)展方向而設(shè)計(jì)的基于 PLC 和變頻器對交流電機(jī)調(diào)速 控制系統(tǒng)。由于這些設(shè)備一般均采用恒速驅(qū)動，每年造成大量能源浪費(fèi)。本課題以 PLC 和變頻器控制交流調(diào)速 為研究對象，設(shè)計(jì)出 基于 PLC 和 變頻 器 控制 交流調(diào)速 系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)裝置。 20 世紀(jì) 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 2 70 年代后，隨著大規(guī)模集成電路和計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展以及現(xiàn)代控制理論的應(yīng)用，交流調(diào)速系統(tǒng)逐步具備了寬的調(diào)速范圍、高的穩(wěn)速范圍、高的穩(wěn)速精度、快的動態(tài)響應(yīng)以及在四象限作可逆運(yùn)行等良好的技術(shù)性能，并且它的調(diào)速性能與可靠性不斷完善，價(jià)格不斷降低，特別是變頻調(diào)速節(jié)電效果明顯，而且易于實(shí)現(xiàn)過程自動化 ，在調(diào)速性能方面可以與直流電力拖動媲美 [5]。根據(jù)有關(guān)計(jì)算統(tǒng)計(jì)，由于風(fēng)機(jī)、水泵對調(diào)速范圍和動態(tài)性能的要求都不高，只需要一般的調(diào)速性能就已足夠，那么換成交流調(diào)速系統(tǒng)以后，每臺風(fēng)機(jī)、水泵平均約可節(jié)能 20%，這種節(jié)能效果是非常可觀的。 PROFIBUS 是德國國家標(biāo)準(zhǔn) DIN19245 和歐洲標(biāo)準(zhǔn) EN50170 的現(xiàn)場總 線標(biāo) 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 3 準(zhǔn)，是一種國際化、開放式、不依賴于設(shè)備生產(chǎn)商的現(xiàn)場總線，是 種用于工廠自動化車間級監(jiān)控和現(xiàn)場設(shè)備層數(shù)據(jù)通信與控制的現(xiàn)場總線技術(shù)。即使某臺設(shè)備有故障，換上其他廠商的同類設(shè)備 照常工作，實(shí)現(xiàn)即接即用。 6 統(tǒng)一組態(tài)。針對不同的控制場合，它分為 3 個系列： 1 PROFIBUSDP 它用于傳感器和執(zhí)行器級的高速數(shù)據(jù)傳輸，以 DIN19245 的第一部分為基 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 4 礎(chǔ)，根據(jù)所需要達(dá)到的目標(biāo)對通信功能加以擴(kuò)充。 3 PROFIBUSFMS PROFIBUSFMS 主要解決車間一級通用性通信任務(wù)，完成中等傳輸速度進(jìn)行的循環(huán)和非循環(huán)的通信任務(wù)。不同的現(xiàn)場總線有不同的功能，各有其適用的場 合，靠一種現(xiàn)場總線打天下的想法看來不太現(xiàn)實(shí)。就目前而言，領(lǐng)導(dǎo)世界 DCS 發(fā)展的幾家著名公司也在積極地改進(jìn)和升級它們的產(chǎn)品， DCS 也在朝著開放性、分散性與可互操作性方向發(fā)展。 FMS DP PA 用 戶 接 口 層 FMS 設(shè)備行規(guī) DP 行規(guī) PA 行規(guī) DP 擴(kuò)展 DP 基本功能 現(xiàn)場總線信息 規(guī)范 FMS 未使用 應(yīng)用層 表示層 未使用 會話層 傳輸層 網(wǎng)絡(luò)層 數(shù)據(jù)鏈路層 現(xiàn)場總線數(shù)據(jù)鏈路 FDL IEC 接口 物理層 RS485/光纖 IEC11582 圖 21 PROFIBUS 協(xié)議結(jié)構(gòu) PROFIBUS－ DP 使用第 1 層、第 2 層和用戶接 口，第 3 層到第 7 層未加以描述，這種流體型結(jié)構(gòu)確保了數(shù)據(jù)傳輸?shù)目焖傩院陀行裕苯訑?shù)據(jù)鏈路映像（ DDLM, direct data link mapper）提供易于進(jìn)入第 2 層的用戶接口，用戶接口規(guī)定了用戶及系統(tǒng)以及不同設(shè)備可以調(diào)用的應(yīng)用功能，并詳細(xì)說明了各種不同PROFIBUS－ DP 設(shè)備的設(shè)備行為，還提供了傳輸用的 RS－ 485 傳輸技術(shù)或光纖。主站從 PROFIBUS 協(xié)議講，也稱為主動站。 2 在復(fù)雜的程序控制器和簡單的 I/O 設(shè)備（從站）間通信，應(yīng)盡可能快速又簡單地完成數(shù)據(jù)的實(shí)時傳輸。另外，總線存取控制保證令牌按地址升序，依次在各主站間傳送，各主站的令牌具體保持時間長短取決于該令牌配置的循環(huán)時間。該協(xié)議是通過 OSI 參考模型第二層（數(shù)據(jù)鏈路層）來實(shí)現(xiàn)的。 PROF