【導(dǎo)讀】代直流調(diào)速已成為現(xiàn)代電氣傳動(dòng)的主要發(fā)展方向。通用變頻器以及可編程控制。泛應(yīng)用于大、中型交流電機(jī)等，被公認(rèn)為最有發(fā)展前途的調(diào)速控制。的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀。由于PROFIBUS是一種不依賴(lài)生產(chǎn)廠家的開(kāi)放式現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)標(biāo)。所以本文針對(duì)PROFIBUS總線(xiàn)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PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，從而最終達(dá)到通過(guò)PLC和變頻器對(duì)交流電機(jī)調(diào)速的目的。

　　

【正文】 ： 本章主要首先 研究 了 PROFIBUS 協(xié)議的結(jié)構(gòu)和 PROFIBUS – DP 總線(xiàn)結(jié)構(gòu)的通訊方式 。 其后介紹了 FDL 幀的結(jié)構(gòu)組成 ， 最后介紹了 PROFIBUS 提供 3 種傳輸方式， RS485 傳輸技術(shù) IEC11582 傳輸技術(shù)光纖傳輸技術(shù)的工作方式。 中間給出了一些名詞的定義。 通過(guò)本章的研究本人對(duì) PROFIBUS 的通訊的基本原理和方式有了一個(gè)比較全面的了解。 一般存儲(chǔ)區(qū) 外部輸入存儲(chǔ)區(qū) 外部輸出存儲(chǔ)區(qū) 一般存儲(chǔ)區(qū) 外部輸入存儲(chǔ)區(qū) 外部輸出存儲(chǔ)區(qū) 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 15 第 3章 硬件設(shè)計(jì)方案 工業(yè)以太網(wǎng)簡(jiǎn)介 系統(tǒng)的最上層為 SIEMENS 工業(yè)以太網(wǎng) ,該網(wǎng)絡(luò)有兩臺(tái)計(jì)算機(jī) ,分別為工程師站和操作員站 ,工程師站安裝有監(jiān)控軟件 組態(tài)王 遠(yuǎn)行狗 ,負(fù)責(zé)整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)的遠(yuǎn) 行 . 西門(mén)子工業(yè)以太網(wǎng)其本質(zhì)上與傳統(tǒng)的以太網(wǎng)一樣 ,只是其硬件都是工業(yè)級(jí)專(zhuān)用 ,如網(wǎng)卡、網(wǎng)線(xiàn)、鏈路模塊（ HUB）等； PLC 連接以太網(wǎng)是通過(guò)以太網(wǎng)通信模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)，采用標(biāo)準(zhǔn)的 TCP/IP 通訊協(xié)議， 10M 帶寬。 工業(yè)以太網(wǎng)的概念 工業(yè)以太網(wǎng) (Ether)是以以太網(wǎng)為基礎(chǔ)，為工業(yè)應(yīng)用而專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的。它是一種遵循國(guó)際標(biāo)準(zhǔn) 的開(kāi)放式網(wǎng)絡(luò)，使用 CSMA/CD 滯沖突檢測(cè)的載波監(jiān)聽(tīng)多點(diǎn)接入 )協(xié)議。其通信速率有 10/100Mbit/s 兩種，通信介質(zhì)有雙絞線(xiàn)、同軸電纜、光纖三種。西門(mén)子公司通過(guò) CP4431 通信 模塊使 PLC 互連，并通過(guò)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)。 CP4431 支持ISO/OSI, TCP/IP 協(xié)議，帶有自身的處理器，能根據(jù)終端設(shè)備的以太網(wǎng) （ MAC一媒體訪(fǎng)問(wèn)控制子層 )地址對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行過(guò)濾，保證本地?cái)?shù)據(jù)通信在本地進(jìn)行，只有目的是網(wǎng)絡(luò)其它部分的數(shù)據(jù)才通過(guò)模塊轉(zhuǎn)發(fā)，該功能不僅減輕了 PLC 的 CPU的通信任務(wù)，還減輕了網(wǎng)絡(luò)的通信任務(wù)。通信模塊的配置驅(qū)動(dòng) )也非常友好，直接在所帶軟件包的 NCMS7（ )下安裝。網(wǎng)絡(luò)（網(wǎng)段 )的建立簡(jiǎn)單、靈活。本系統(tǒng)的工業(yè)以太網(wǎng)傳輸介質(zhì)采用光纖電纜 ，具有優(yōu)良的 EMC 抗電磁干擾 )特性。 工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù) (Industrial Ether)的特點(diǎn)及應(yīng)用 工業(yè)以太網(wǎng)具有強(qiáng)大的通訊能力，適用于 IT 信息技術(shù)通訊和車(chē)間級(jí)數(shù)據(jù)通訊。工業(yè)以太網(wǎng)是工業(yè)通訊的系統(tǒng)解決方案具有以下特點(diǎn) : (1)可以從辦公通訊到工業(yè)通訊應(yīng)用的進(jìn)一步開(kāi)發(fā)； (2)專(zhuān)用于惡劣現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的產(chǎn)品及標(biāo)準(zhǔn)的 SubD 插接技術(shù)和 ITP 電纜，用于控制室的產(chǎn)品及標(biāo)準(zhǔn)的 RJ45 插接技術(shù)和 TP 雙絞線(xiàn)電纜； (3)Fast Ethemet (100 Mbit/s), Gigabit Ether， (1 Gbit/s)； (4)Switching 切換技術(shù)； (5)通訊介質(zhì)冗余技術(shù)。 (6)IT 信息技術(shù) (Inter, Multimedia)。另外，它又是： (1)工業(yè)以太網(wǎng)是基于國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)； (2)工業(yè)以太網(wǎng)一專(zhuān)為工業(yè)應(yīng)用而優(yōu)化設(shè)計(jì)； (3)自動(dòng)化應(yīng)用中車(chē)間和單元級(jí)的網(wǎng)絡(luò)； (4)以太網(wǎng)國(guó)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(jí)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(chē)間級(jí)和單元級(jí)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(zhǎng)的網(wǎng)絡(luò)距離 :LAN，采用切換技術(shù)可達(dá) 1300km, WAN，通過(guò) TCP/IP 協(xié)議實(shí)現(xiàn)全球范圍的通訊。 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 16 系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖 工業(yè)總線(xiàn)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 工業(yè)系統(tǒng)總線(xiàn)在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域中常常要實(shí)現(xiàn)設(shè)備間的數(shù)據(jù)交換或?qū)δ吃O(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程維護(hù)。這就提出了一個(gè)控制與通訊問(wèn)題。工業(yè)的計(jì)算機(jī)通信通常采用所謂的現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)。現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)是工業(yè)總線(xiàn)系統(tǒng)中的一個(gè)串行方式分支。但它在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域?qū)⑵鸬皆絹?lái)越重要的作用。實(shí)現(xiàn) PC、 PLC、智能驅(qū) 動(dòng)設(shè)備等之間的相互連接，實(shí)際上就構(gòu)成了一個(gè)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，我們通常稱(chēng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。其概念是指一方面網(wǎng)絡(luò)成員在網(wǎng)絡(luò)中幾何上的排列。如點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接、環(huán)形結(jié)構(gòu)、星形結(jié)構(gòu)、樹(shù)狀結(jié)構(gòu)、總線(xiàn)結(jié)構(gòu)等；另一方面是指與幾何排列無(wú)關(guān)的邏輯順序排列。樹(shù)狀結(jié)構(gòu)實(shí)際上是一般總線(xiàn)結(jié)構(gòu)的擴(kuò)展。其網(wǎng)絡(luò)覆蓋面比之一般的總線(xiàn)結(jié)構(gòu)要大?？偩€(xiàn)的基本數(shù)據(jù)如最多成員數(shù)，最大數(shù)據(jù)傳輸率以及最大總線(xiàn)長(zhǎng)度同一般總線(xiàn)結(jié)構(gòu)一樣。對(duì)于樹(shù)狀結(jié)構(gòu)當(dāng)建立一個(gè)新的樹(shù)枝時(shí)使用中繼器。如目前國(guó)際上應(yīng)用廣泛的 PROFIBUS 和 CAN 都可以通過(guò)中繼器做成樹(shù)狀結(jié)構(gòu)，給現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)的應(yīng)用帶來(lái) 了靈性。 總線(xiàn)結(jié)構(gòu)中所有網(wǎng)絡(luò)成員的通信交流是通過(guò)一條總線(xiàn)進(jìn)行的。每一個(gè)成員是通過(guò)一較短的的分接電纜接入總線(xiàn)的。每一個(gè)成員只需一個(gè)接口就可以和總線(xiàn)上的任一成員進(jìn)行通信了。這也就是為什么工業(yè)總線(xiàn)被廣泛采用的緣故。 然而在總線(xiàn)上的某一時(shí)刻只能有一個(gè)成員發(fā)送信息，這就需要有一個(gè)總線(xiàn)訪(fǎng)問(wèn)規(guī)約。一般說(shuō)來(lái)，總線(xiàn)結(jié)構(gòu)存在如下問(wèn)題：因?yàn)榭偩€(xiàn)上的數(shù)據(jù)交流帶有任意性，在每次總線(xiàn)信息發(fā)布的時(shí)候所有成員都要隨聽(tīng)。由此隨著總線(xiàn)成員數(shù)目的增多，發(fā)送者的壓力也越大。 由于總線(xiàn)的長(zhǎng)度一般在幾百米范圍內(nèi)，這與要傳送的信號(hào)波長(zhǎng)相比已是不可忽略的 了。因此在總線(xiàn)兩端要接終端電阻，以免出現(xiàn)波反射現(xiàn)象。此終端電阻同樣給發(fā)送者造成壓力。所以總線(xiàn)結(jié)構(gòu)其成員的數(shù)目是有限的，同時(shí)總線(xiàn)長(zhǎng)度和傳輸速率成反比。 PROFIBUS 總線(xiàn)結(jié)構(gòu)圖 PROFIBUS 采用的是線(xiàn)形結(jié)構(gòu)，用一根總干線(xiàn)從控制器連接到受控對(duì)象，總線(xiàn)電纜從主干電纜分支到現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備處。如圖 31 所示為系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖： 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 17 圖 31 PROFIBUS 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖 系統(tǒng)配置 PROFIBUSDP 允許構(gòu)成單主站和多主站系統(tǒng)，系統(tǒng)配置有多種方式。 在同 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 18 一總線(xiàn)上最多可連接 126 個(gè)站點(diǎn)（主站或從站）。系統(tǒng)配置的描述包括：站數(shù)、站地址和輸入 /輸出地址的分配、輸入輸出數(shù)據(jù)的格式、診斷信息的格式以及所使用的總線(xiàn)參數(shù)。每個(gè) PROFIBUSDP 系統(tǒng)可包括以下三種類(lèi)型的設(shè)備： 1 類(lèi) DP 主站（ DPM1）：指中央控制器，它在預(yù)定的周期內(nèi)與 DP 從站交換數(shù)據(jù)。典型的設(shè)備包括 PLC、 PC、 CNC。 2 類(lèi) DP 主站（ DPM2）：指能對(duì)系統(tǒng)編程、組態(tài)或進(jìn)行診斷的設(shè)備。如編程器、診斷和管理設(shè)備。 DP 從站：是進(jìn)行輸入或輸出、信息采集或發(fā)送的外圍設(shè)備（傳感器、執(zhí)行器）。典型的 DP 從站 是開(kāi)關(guān)量 I/O 設(shè)備、模擬量 I/O 設(shè)備等等。目前大多數(shù) DP從站只有 32BYTE 的輸入和 32BYTE 的輸出數(shù)據(jù)，允許的輸入和輸出數(shù)據(jù)最多不超過(guò) 246BYTE。 PROFIBUSDP 現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)的設(shè)備 用西門(mén)子公司產(chǎn)品構(gòu)成 PROFIBUSDP 網(wǎng)絡(luò)，可配置的設(shè)備如下： 1 1 類(lèi)主站 ： 選擇 PLC 做 1 類(lèi)主站，有兩種方案： 1）用 PLC 中 CPU 上集成的 PROFIBUSDP 接口，如 S7300 的 CPU3152DP 等均有這種集成的內(nèi)置 DP 接口，以它作主站可帶 63 個(gè)從站，傳輸速率~12Mbps,不帶連接器傳輸 距離為 100～ 1200m，用光纖可達(dá) 。 2） CPU 上無(wú)集成的 DP 接口可配置 PROFIBUS 通信處理器模板。如CP3425 通信處理器可將 S7300 連接到 PROFIBUSDP 上做主站（或從站），可帶 125 個(gè)從站，傳輸速率為 ~， CP4435 用于 S7400， IF964DP 用于 M7,CP5431 FMS/DP 用于 S5 系列 PLC 等。 選擇 PC 機(jī)加網(wǎng)卡做 1 類(lèi)主站 PC 機(jī)加 PROFIBUS 網(wǎng)卡可作為主站，這類(lèi)網(wǎng)卡具有 PROFIBUSDP/PA/FMS 接口。使用時(shí)注意選擇與網(wǎng)卡 配合使用的軟件包。軟件功能決定PC 機(jī)是做 1 類(lèi)主站，還是只做編程監(jiān)控的 2 類(lèi)主站。 網(wǎng)卡有 CP541 CP551 CP5611，自身不帶微處理器，可運(yùn)行多種軟件包， 9 針 D 型插頭可成為 PROFIBUSDPMPI 接口。 CP5 11 運(yùn)行軟件包SOFTNETDP/Windows for profibus 具有 DP 功能，使 PG/PC 成為一個(gè) DP 的 1類(lèi)主站，可連接 DP 分布式 I/O 設(shè)備；實(shí)現(xiàn) S7 之間的通信及對(duì) S7 編程；支持SEND/RECEIVE 功能；支持 MPI 接口。 CP5412 通信處理器用于 PG 或 AT 兼容機(jī)，具有 DOS、 Windows、 Unix 操作系統(tǒng)下的驅(qū)動(dòng)軟件包，支持 FMS、 DP 、 FDL（發(fā)送 / 接收服務(wù)）、 S7 Function、 PG Function，具有 C 語(yǔ)言接口（ C 庫(kù)或 DLL）。 2 2 類(lèi)主站 2 類(lèi)主站主要用于完成系統(tǒng)各站的系統(tǒng)配置、參數(shù)設(shè)定、編程、在線(xiàn)檢測(cè)、數(shù)據(jù)采集與存儲(chǔ)等功能。如監(jiān)控站。操作站、人機(jī)界面（ HMI）等。 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(xiàn)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(lèi)主站。 西門(mén)子公司為其自動(dòng)化系統(tǒng)專(zhuān)門(mén) 設(shè)計(jì)有編程設(shè)備，如使用 CP5411/5412 網(wǎng)卡的 PG730/740/750/760/770 編程裝置。 PG720/740/760 是帶有集成的內(nèi)置DP 接口的編程裝置，都可作為 2 類(lèi)主站。使用 PG760 及 PC 機(jī)，配置 WinCC等軟件包，常作為監(jiān)控操作站使用。 2） 操作員面板 操作員面板用于操作員控制，如設(shè)定和修改參數(shù)、設(shè)備起停；并可在線(xiàn)監(jiān)視設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，如流程圖你、趨勢(shì)圖、參數(shù)顯示。故障報(bào)警、診斷信息等。西門(mén)子公司生產(chǎn)的操作員面板有文本型 OP OP7,圖形 OP2 OP37 等。 從站 帶 PROFIBUS 接口 的分布式 I/O、傳感器、驅(qū)動(dòng)器以及 PLC 均可作為從站，作為從站選擇時(shí)必須滿(mǎn)足現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備對(duì)控制的需要，同時(shí)也要考慮與PROFIBUS 的接口問(wèn)題。如從站不具有 PROFIBUS 接口，可考慮通過(guò)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(chǔ)有程序， CPU 可以執(zhí)行程序并按程序驅(qū)動(dòng)其 I/O，但作為PROFIBUS 主站的一個(gè)從站，在 PLC 存儲(chǔ)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(guò)通信間接控制從站 PLC 的 I/O。 在 S7 系列 PLC 中， S7200 的 CPU215－ 2DP 有集成的 DP 接口，CPU22 22 226 通過(guò)模塊 EM277 可連入現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn) DP 中。 S7300/400 的某些 CPU 上有與 DP 相連的內(nèi)置接口，可設(shè)置為主站或從站。 S7300/400 均可通過(guò)通信處理器 CP3425/CP4435 連接到 DP 總線(xiàn)上。 S5－ 95U/DP 有集成的內(nèi)置 DP 接口，使用 IM308C 或 CP5431 的 S51113 155U/H 的 S5 系列 PLC 也可接入 DP 總線(xiàn)。 2 分布式 I/O 做從站 分布式 I/O 設(shè)備有多種類(lèi)型： 1ET200M：它是一種模板式結(jié)構(gòu)的遠(yuǎn)程 I/O 站，由 IM153 DP 接口模板、電源和各種 S7－ 300 所用 I/O 模板組成，最多可擴(kuò)展 8 個(gè) I/O 模板，最多可提供128 字節(jié)輸入和 128 字節(jié)輸出地址，最大傳輸速率 12Mbit/s，特別適用于復(fù)雜的自動(dòng)化任務(wù)，防護(hù)等級(jí) IP20。 2ET200B：它是一種小型扁平固定式的 I/O 站。由端子板和電子板組成，端子板上安裝電子板，接線(xiàn)連接到端板，這樣當(dāng)更換電子板時(shí)不必?cái)嚅_(kāi)電纜。端子板包括電源、總線(xiàn)連接口及接線(xiàn)端子。電子板由各種類(lèi)型（開(kāi)關(guān)量、模擬量）的 I/O 部分組成。 ET200B 具有集成的 PROFIBUSDP 接口，最大數(shù)據(jù)傳輸速率 12Mbit/s，防護(hù)等級(jí) IP20。主要用于 I/O 數(shù)量不多、安裝深度淺的場(chǎng)合。 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(kāi)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(jí) IP20。主要用于要求較小 I/O 點(diǎn)數(shù)或只有小安裝空間的場(chǎng)合。 ET200LSC 是可擴(kuò)展的 ET200L，可擴(kuò)展一個(gè) TB16SC 端子板，這樣可提供至多 16 個(gè)數(shù)字量和模擬量輸入 /輸