【正文】 接的模式操作，除提供點(diǎn)對點(diǎn)邏輯數(shù)據(jù)傳輸外，還提供多點(diǎn)通信（廣播及有選擇廣播）功能。 第 2 層的另一個(gè)重要作用是保證數(shù)據(jù)的可靠性。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(shí)間長短取決于該令牌配置的循環(huán)時(shí)間。 令牌環(huán)是所有主站的組織鏈，按照主站的地址構(gòu)成邏輯環(huán)，在這個(gè)環(huán)中，令牌在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)按照地址的升序在各主站中依次傳遞。 主從方式允許主站在得到總線存取令牌時(shí)可與從站通信，每個(gè)主站均可向從站發(fā)送或索取信息，通過這種存取方法，可以實(shí)現(xiàn) 下列系統(tǒng)配置：純主 —從系統(tǒng)（單主站）；純主 — 主系統(tǒng)（帶令牌傳遞）；混合系統(tǒng)（多主－多從）。如圖 所示。 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(shí)傳輸。在 PROFIBUS 中，第 2 層稱為現(xiàn)場總線數(shù)據(jù)鏈路（ FDL, fieldbus data link） .介質(zhì)存取控制（ MAC， medium access control）具體控制數(shù)據(jù)傳輸?shù)某绦颍?MAC必須確保在任何一個(gè)時(shí) 刻只能有一個(gè)站點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)。由于從站只需總線協(xié)議的一小部分，所以實(shí)施起來特別經(jīng)濟(jì)。它 們沒有總線控制權(quán)，僅對接收到的信息給予確認(rèn)，或當(dāng)主站發(fā)出請求時(shí)向它發(fā)送信息。主站從 PROFIBUS 協(xié)議講，也稱為主動(dòng)站。 PROFIBUS 可使分散式數(shù)字化控制器從現(xiàn)場底層到車間級(jí)網(wǎng)絡(luò)化，該系統(tǒng)分為主站和從站。使用分段式 耦合器， PROFIBUS－PA 設(shè)備能很方便地集成到 PROFIBUS－ DP 網(wǎng)絡(luò)。第 2層現(xiàn)場總線數(shù)據(jù)鏈路（ FDL）可完成總線訪問控制和數(shù)據(jù)的可靠性，它還為PROFIBUS－ FMS 提供了 RS485 傳輸技術(shù)或光纖。 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(huì)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?，直接?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。而硬件組成部分又包括了各組件的介紹及選型和主從站的建立及通信；第 4 章主要介紹了軟件部分，著重介紹了 PLC 的組成及程序的建立，同時(shí)也對編程軟件和人機(jī)界面作了一些簡單的介紹。這是該系統(tǒng)的一大特點(diǎn)。 本論文的內(nèi)容安排 此次設(shè)計(jì)為《基于 PLC 與變頻器的交流電機(jī)調(diào)速控 制系統(tǒng)》，在設(shè)計(jì)中用到了西門子 MM420 系列的通用變頻器、西門子系列的 PLC（ S7400 和 S7300）和 PROFIBUSDP 現(xiàn)場總線。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(jí)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。由于現(xiàn)場總 線具有巨大優(yōu)勢，所以人們都認(rèn)為它取代傳統(tǒng)的 DCS 系統(tǒng)是必然趨勢。 2 現(xiàn)場總線能否全面取代現(xiàn)時(shí)風(fēng)靡世界的 DCS 系統(tǒng)。因而今后幾年內(nèi)很難說誰的標(biāo)準(zhǔn)能夠統(tǒng)領(lǐng)現(xiàn)場總線，而應(yīng)該說誰將成為主流總線技術(shù)。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)。比如讓 Echelon 公司放棄 LonWork，則意味著它要失去其產(chǎn)品和客戶。 這一熱點(diǎn)問題涉及目前為什么會(huì)出現(xiàn)幾種現(xiàn)場總線并存，這其中除了技術(shù)上的競爭外，商業(yè)利益上的激烈競爭是其主要原因。 FMS 給用戶提供了廣泛的應(yīng)用范圍和更大的靈活性，可用于大范圍和復(fù)雜的通信系統(tǒng) [13]。 3 PROFIBUSFMS PROFIBUSFMS 主要解決車間一級(jí)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)。 PA 將自動(dòng)化系統(tǒng)和過程控制系統(tǒng)與現(xiàn)場設(shè)備如壓力、溫度和液位變送器等連接起來，代替了 4~20mA模擬信號(hào)傳輸技術(shù)、節(jié)約了設(shè)備成本，且大大提高了系統(tǒng)功能和安全可靠性。 PA 具有本質(zhì)安全特性，實(shí)現(xiàn)了 IEC11582 規(guī)定的通信規(guī)程。這種設(shè)計(jì)主要用于設(shè)備一級(jí)的高速數(shù)據(jù)傳送，在這一級(jí)，中央控制器（如 PLC／PC）通過高速串行線與分散的現(xiàn)場設(shè)備（如 I／ O、驅(qū)動(dòng)器等）進(jìn)行通信，與這些分散的設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)交換多數(shù)是周期性的 [11]。針對不同的控制場合，它分為 3 個(gè)系列： 1 PROFIBUSDP 它用于傳感器和執(zhí)行器級(jí)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?，F(xiàn)場總線可以提供總線供電的本質(zhì)安全，滿足在易燃易爆場合等惡劣環(huán)境下工作的要求 [10]。這樣，用戶可以自由集成不同制造商的通信網(wǎng)絡(luò)，既可與同層網(wǎng)絡(luò)互連，也可以與不同層網(wǎng)絡(luò)互連；另外，用戶可極其方便地共享網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫。 7 開放式系統(tǒng)。 6 統(tǒng)一組態(tài)。 5 分散控制。 4 綜合功能。用戶把不同制造商的各種設(shè)備集成在一起，進(jìn)行統(tǒng)一組態(tài)，構(gòu)成所需的控制回路。即使某臺(tái)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。 2 互換性。 現(xiàn)場總線的主要優(yōu)點(diǎn) 1 可靠性高。它由三個(gè)兼容部分組成，即 PROFIBUSDP、 PROFIBUSPA、 PROFIBUSFMS。 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(dòng)化車間級(jí)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)。 1989 年德國政府與幾個(gè)自動(dòng)化設(shè)備制造商合作創(chuàng)立的 PROFIBUS，是一種不依賴生產(chǎn)廠家的開放式現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)，不同廠商所生產(chǎn)的設(shè)備不需對其接口進(jìn)行特別調(diào)整就可通信，目前它已廣泛應(yīng)用于加工制造、過程和建筑自動(dòng)化，并且被認(rèn)為是當(dāng)今運(yùn)行最快的現(xiàn)場總線。自從 70年代矢量控制技術(shù)發(fā)展以來，從理論上解決了交流調(diào)速系統(tǒng)在靜、動(dòng)態(tài)性能上與直流傳動(dòng)相媲美的問題 [7]。許多在工藝上就需要調(diào)速的生產(chǎn)機(jī)械，過去多用直流傳動(dòng)，鑒于交流電機(jī)比直流電機(jī)結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉、工作可靠、維護(hù)方便、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小、效率高，如果改成交流調(diào)速傳動(dòng)，顯然能夠帶來不少的效益 [6]。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(dòng)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(tái)風(fēng)機(jī)、水泵平均約可節(jié)能 20%，這種節(jié)能效果是非?？捎^的。在過去大量的所謂不變速交流傳動(dòng)中，風(fēng)機(jī)、水泵等機(jī)械總?cè)萘繋缀跽脊I(yè)電氣傳動(dòng)總?cè)萘康囊话?，其中有不少場合并不是不需要調(diào)速，只是因?yàn)檫^去交流電機(jī)本身不具備調(diào)速性能，不得不依賴擋板和閥門來調(diào)節(jié)送風(fēng)或供水的流量，許多電能因而白白地浪費(fèi)掉了。此后，交流調(diào)速系統(tǒng)主要沿用下 述 兩個(gè)方向發(fā)展和應(yīng)用 。美國有 60%65%的發(fā)電量用于電機(jī)驅(qū)動(dòng)，由于有效地利用了交流調(diào)速技術(shù)，僅工業(yè)傳動(dòng)用電就節(jié)約了 15%20%的電量。 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(dòng)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(dòng)化 ，在調(diào)速性能方面可以與直流電力拖動(dòng)媲美 [5]。 交流調(diào)速系統(tǒng)的發(fā)展與應(yīng)用領(lǐng)域直流電氣傳動(dòng)和交流電氣傳動(dòng) 在 19 世紀(jì)先后誕生。在現(xiàn)在的在工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)中，最為常見的是由 PLC 控制變頻器實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的調(diào)速控制。 PLC 和變頻器控制 交流電機(jī)的調(diào)速的發(fā)展與 現(xiàn)狀 隨著電力電子技術(shù)和自動(dòng)控制技術(shù)的日益發(fā)展，電動(dòng)機(jī)的調(diào)速已經(jīng)從繼電器控制時(shí)代發(fā)展到今天的由變頻器控制調(diào)速。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。 變頻調(diào)速已成為電動(dòng)機(jī)調(diào)速的最新潮流，有其自身的特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)，隨著交流電動(dòng)機(jī)變頻技術(shù)的日趨完善和推廣應(yīng)用，特別是在礦用大功率高壓設(shè)備中的絞車、提升機(jī)、通風(fēng)機(jī)、帶式輸送機(jī)等礦用設(shè)備上的應(yīng)用效果則更加明顯。我國對交流變頻調(diào)速技術(shù)的研究起步較晚，到上個(gè)世紀(jì) 90 年代才有產(chǎn)品出現(xiàn)，采用的控制技術(shù)幾乎都還只是 V/F控制，調(diào)速性能根本無法與國外產(chǎn)品相比。實(shí)行有利于資源節(jié)約的價(jià)格和財(cái)稅政策。由于這些設(shè)備一般均采用恒速驅(qū)動(dòng)，每年造成大量能源浪費(fèi)。s special regulation in progress in interface can correspond by letter, current it is already extensive to applied in process the production, process to automate with building, and pass for to circulate the quickest field bus nowadays. Therefore, this paper, the principle of PROFIBUS bus and features the work application of MM serial inverter in the fieldbus is analyzed, The toplogical architecture of PROFIBUSDP ,the establish of master and slave station and access to GSD document of inverter are describled in detail , he work of MPI， PLC control of the inverter design .Finally the style of PQW and PIW in the fieldbus is introduced. And ultimately to achieve through the PLC and frequency converter for AC motor speed control purposes. 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 III Keywords The alternating current； PLC； the field bus of PROFIBUS；AC motor 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 IV 目錄 摘要 …… ............................................................................................................... I Abstract ................................................................................................................II 第 1 章 緒論 ........................................................................................................ 1 本論文目的和 意義 ................................................................................... 1 PLC 和變頻器控制交流電機(jī)的調(diào)速的發(fā)展與現(xiàn)狀 ............................... 1 現(xiàn)場總線 ................................................................................................... 2 現(xiàn)場總線簡介 .................................................................................... 2 現(xiàn)場總線的主要優(yōu)點(diǎn) ........................................................................ 3 PROFIBUS 的基本特性 ............................................