【導讀】代直流調(diào)速已成為現(xiàn)代電氣傳動的主要發(fā)展方向。通用變頻器以及可編程控制。泛應用于大、中型交流電機等，被公認為最有發(fā)展前途的調(diào)速控制。的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀。由于PROFIBUS是一種不依賴生產(chǎn)廠家的開放式現(xiàn)場總線標。所以本文針對PROFIBUS總線的工作原理和特點，探討了通用變頻器MM系。列變頻器在調(diào)速系統(tǒng)中的應用情況，并分析了PROFIBUS-DP網(wǎng)絡的拓撲結(jié)構(gòu)，從而最終達到通過PLC和變頻器對交流電機調(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。 通過本章的研究本人對 PROFIBUS 的通訊的基本原理和方式有了一個比較全面的了解。 一般存儲區(qū) 外部輸入存儲區(qū) 外部輸出存儲區(qū) 一般存儲區(qū) 外部輸入存儲區(qū) 外部輸出存儲區(qū) 哈爾濱理工大學學士學位論文 15 第 3章 硬件設計方案 工業(yè)以太網(wǎng)簡介 系統(tǒng)的最上層為 SIEMENS 工業(yè)以太網(wǎng) ,該網(wǎng)絡有兩臺計算機 ,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 遠行狗 ,負責整個監(jiān)控系統(tǒng)的遠 行 . 西門子工業(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)級專用 ,如網(wǎng)卡、網(wǎng)線、鏈路模塊（ HUB）等； PLC 連接以太網(wǎng)是通過以太網(wǎng)通信模塊來實現(xiàn)，采用標準的 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)應用而專門設計的。它是一種遵循國際標準 的開放式網(wǎng)絡，使用 CSMA/CD 滯沖突檢測的載波監(jiān)聽多點接入 )協(xié)議。其通信速率有 10/100Mbit/s 兩種，通信介質(zhì)有雙絞線、同軸電纜、光纖三種。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 機及服務器，以組成網(wǎng)段或網(wǎng)絡。 CP4431 支持ISO/OSI, TCP/IP 協(xié)議，帶有自身的處理器，能根據(jù)終端設備的以太網(wǎng) （ MAC一媒體訪問控制子層 )地址對數(shù)據(jù)進行過濾，保證本地數(shù)據(jù)通信在本地進行，只有目的是網(wǎng)絡其它部分的數(shù)據(jù)才通過模塊轉(zhuǎn)發(fā)，該功能不僅減輕了 PLC 的 CPU的通信任務，還減輕了網(wǎng)絡的通信任務。通信模塊的配置驅(qū)動 )也非常友好，直接在所帶軟件包的 NCMS7（ )下安裝。網(wǎng)絡（網(wǎng)段 )的建立簡單、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)的特點及應用 工業(yè)以太網(wǎng)具有強大的通訊能力，適用于 IT 信息技術(shù)通訊和車間級數(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 : (1)可以從辦公通訊到工業(yè)通訊應用的進一步開發(fā)； (2)專用于惡劣現(xiàn)場環(huán)境的產(chǎn)品及標準的 SubD 插接技術(shù)和 ITP 電纜，用于控制室的產(chǎn)品及標準的 RJ45 插接技術(shù)和 TP 雙絞線電纜； (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)是基于國際標準的網(wǎng)絡； (2)工業(yè)以太網(wǎng)一專為工業(yè)應用而優(yōu)化設計； (3)自動化應用中車間和單元級的網(wǎng)絡； (4)以太網(wǎng)國際標準 IEEE 和 IEEE ； (5) ISO 和 TCP/IP 標準通訊協(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)應用而設計，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 :支持 100 Mbit/s 高速以太網(wǎng)，能連接更多的站點，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)絡距離 :LAN，采用切換技術(shù)可達 1300km, WAN，通過 TCP/IP 協(xié)議實現(xiàn)全球范圍的通訊。 哈爾濱理工大學學士學位論文 16 系統(tǒng)拓撲結(jié)構(gòu)圖 工業(yè)總線的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu) 工業(yè)系統(tǒng)總線在工業(yè)自動化領(lǐng)域中常常要實現(xiàn)設備間的數(shù)據(jù)交換或?qū)δ吃O備進行遠程維護。這就提出了一個控制與通訊問題。工業(yè)的計算機通信通常采用所謂的現(xiàn)場總線技術(shù)?，F(xiàn)場總線是工業(yè)總線系統(tǒng)中的一個串行方式分支。但它在工業(yè)自動化領(lǐng)域?qū)⑵鸬皆絹碓街匾淖饔?。實現(xiàn) PC、 PLC、智能驅(qū) 動設備等之間的相互連接，實際上就構(gòu)成了一個計算機網(wǎng)絡，我們通常稱網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)。其概念是指一方面網(wǎng)絡成員在網(wǎng)絡中幾何上的排列。如點對點連接、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。樹狀結(jié)構(gòu)實際上是一般總線結(jié)構(gòu)的擴展。其網(wǎng)絡覆蓋面比之一般的總線結(jié)構(gòu)要大?？偩€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長度同一般總線結(jié)構(gòu)一樣。對于樹狀結(jié)構(gòu)當建立一個新的樹枝時使用中繼器。如目前國際上應用廣泛的 PROFIBUS 和 CAN 都可以通過中繼器做成樹狀結(jié)構(gòu)，給現(xiàn)場總線的應用帶來 了靈性。 總線結(jié)構(gòu)中所有網(wǎng)絡成員的通信交流是通過一條總線進行的。每一個成員是通過一較短的的分接電纜接入總線的。每一個成員只需一個接口就可以和總線上的任一成員進行通信了。這也就是為什么工業(yè)總線被廣泛采用的緣故。 然而在總線上的某一時刻只能有一個成員發(fā)送信息，這就需要有一個總線訪問規(guī)約。一般說來，總線結(jié)構(gòu)存在如下問題：因為總線上的數(shù)據(jù)交流帶有任意性，在每次總線信息發(fā)布的時候所有成員都要隨聽。由此隨著總線成員數(shù)目的增多，發(fā)送者的壓力也越大。 由于總線的長度一般在幾百米范圍內(nèi)，這與要傳送的信號波長相比已是不可忽略的 了。因此在總線兩端要接終端電阻，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。 PROFIBUS 總線結(jié)構(gòu)圖 PROFIBUS 采用的是線形結(jié)構(gòu)，用一根總干線從控制器連接到受控對象，總線電纜從主干電纜分支到現(xiàn)場設備處。如圖 31 所示為系統(tǒng)的網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)圖： 哈爾濱理工大學學士學位論文 17 圖 31 PROFIBUS 網(wǎng)絡拓撲結(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 哈爾濱理工大學學士學位論文 18 一總線上最多可連接 126 個站點（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參數(shù)。每個 PROFIBUSDP 系統(tǒng)可包括以下三種類型的設備： 1 類 DP 主站（ DPM1）：指中央控制器，它在預定的周期內(nèi)與 DP 從站交換數(shù)據(jù)。典型的設備包括 PLC、 PC、 CNC。 2 類 DP 主站（ DPM2）：指能對系統(tǒng)編程、組態(tài)或進行診斷的設備。如編程器、診斷和管理設備。 DP 從站：是進行輸入或輸出、信息采集或發(fā)送的外圍設備（傳感器、執(zhí)行器）。典型的 DP 從站 是開關(guān)量 I/O 設備、模擬量 I/O 設備等等。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 246BYTE。 PROFIBUSDP 現(xiàn)場總線的設備 用西門子公司產(chǎn)品構(gòu)成 PROFIBUSDP 網(wǎng)絡，可配置的設備如下： 1 1 類主站 ： 選擇 PLC 做 1 類主站，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 個從站，傳輸速率~12Mbps,不帶連接器傳輸 距離為 100～ 1200m，用光纖可達 。 2） CPU 上無集成的 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 機加網(wǎng)卡做 1 類主站 PC 機加 PROFIBUS 網(wǎng)卡可作為主站，這類網(wǎng)卡具有 PROFIBUSDP/PA/FMS 接口。使用時注意選擇與網(wǎng)卡 配合使用的軟件包。軟件功能決定PC 機是做 1 類主站，還是只做編程監(jiān)控的 2 類主站。 網(wǎng)卡有 CP541 CP551 CP5611，自身不帶微處理器，可運行多種軟件包， 9 針 D 型插頭可成為 PROFIBUSDPMPI 接口。 CP5 11 運行軟件包SOFTNETDP/Windows for profibus 具有 DP 功能，使 PG/PC 成為一個 DP 的 1類主站，可連接 DP 分布式 I/O 設備；實現(xiàn) S7 之間的通信及對 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，具有 DOS、 Windows、 Unix 操作系統(tǒng)下的驅(qū)動軟件包，支持 FMS、 DP 、 FDL（發(fā)送 / 接收服務）、 S7 Function、 PG Function，具有 C 語言接口（ C 庫或 DLL）。 2 2 類主站 2 類主站主要用于完成系統(tǒng)各站的系統(tǒng)配置、參數(shù)設定、編程、在線檢測、數(shù)據(jù)采集與存儲等功能。如監(jiān)控站。操作站、人機界面（ HMI）等。 1） 以 PC 為主機的編程終端及監(jiān)控操作站 哈爾濱理工大學學士學位論文 19 具有 AT 總線的 PC、筆記本計算機、工業(yè)控制計算機均可配置成PROFIBUS 的編程、監(jiān)控、操作工作站，即所謂 2 類主站。 西門子公司為其自動化系統(tǒng)專門 設計有編程設備，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 類主站。使用 PG760 及 PC 機，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，如設定和修改參數(shù)、設備起停；并可在線監(jiān)視設備運行狀態(tài)，如流程圖你、趨勢圖、參數(shù)顯示。故障報警、診斷信息等。西門子公司生產(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)動器以及 PLC 均可作為從站，作為從站選擇時必須滿足現(xiàn)場設備對控制的需要，同時也要考慮與PROFIBUS 的接口問題。如從站不具有 PROFIBUS 接口，可考慮通過分布式I/O 設備解決，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。 在 S7 系列 PLC 中， S7200 的 CPU215－ 2DP 有集成的 DP 接口，CPU22 22 226 通過模塊 EM277 可連入現(xiàn)場總線 DP 中。 S7300/400 的某些 CPU 上有與 DP 相連的內(nèi)置接口，可設置為主站或從站。 S7300/400 均可通過通信處理器 CP3425/CP4435 連接到 DP 總線上。 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。 2 分布式 I/O 做從站 分布式 I/O 設備有多種類型： 1ET200M：它是一種模板式結(jié)構(gòu)的遠程 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，最多可擴展 8 個 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，特別適用于復雜的自動化任務，防護等級 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，接線連接到端板，這樣當更換電子板時不必斷開電纜。端子板包括電源、總線連接口及接線端子。電子板由各種類型（開關(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，防護等級 IP20。主要用于 I/O 數(shù)量不多、安裝深度淺的場合。 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 哈爾濱理工大學學士學位論文 20 PROFIBUSDP 接口，可選擇多種開關(guān)量輸入 /輸出模板，不可擴展， ET200 系列最大數(shù)據(jù)傳輸速率 ，防護等級 IP20。主要用于要求較小 I/O 點數(shù)或只有小安裝空間的場合。 ET200LSC 是可擴展的 ET200L，可擴展一個 TB16SC 端子板，這樣可提供至多 16 個數(shù)字量和模擬量輸入 /輸