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一起聊聊西門子的各種通信

 我愛你文摘 2018-07-31

西門子驅動裝置(SIMOVERT MasterDrives VC,MicroMaster 4 以及SIMOREG DC Master)除了具有與驅動基本應用有關的功能外,還具有強大的通訊功能。驅動通訊可以分為三種方式:

? PROFIBUS DP協(xié)議

? USS協(xié)議

? SIMOLINK協(xié)議(一般用來代替Peer to Peer協(xié)議,實現(xiàn)從站到從站的通訊)

PROFIBUS DP和USS協(xié)議屬于主/從通訊,需要有PLC作為主站,驅動裝置作為從站。

USS協(xié)議的主要優(yōu)點是,其接口集成在基本裝置中,不需要額外費用;主要缺點是通訊速度慢,只有基本通訊功能(PKW+PZD),最多31個從站。

PROFIBUS DP協(xié)議的主要優(yōu)點是,通訊速度快,除了基本功能之外還有一些附加功能(例如:非循環(huán)通訊,交叉通訊),站點數(shù)更多;主要缺點是需要另外購買作為選件的通訊模板(例如:CBP2或PROFIBUS模板)。

SIMOLINK協(xié)議(代替Peer to Peer協(xié)議)主要用來實現(xiàn)驅動裝置與驅動裝置之間的通訊。SIMOLINK協(xié)議也可以是主/從通訊,主站是S7-400(FM458+EXM448)或SIMADYN D。

這里我們主要介紹S7 PLC與驅動裝置采用PROFIBUS DP協(xié)議進行通訊。

采用PROFIBUS DP協(xié)議通訊時,既可以利用STEP 7本身提供的功能,也可以使用TIA軟件Drive ES。

本文檔只介紹STEP 7本身提供的功能。有關Drive ES的功能將根據(jù)需要在以后的文檔中再做介紹。

(關于 DriveES,可以參加西門子自動化與驅動培訓中心的培訓課程D2403)

2. 必備條件

下面以S7-300 PLC與MasterDrives CUVC變頻器的通訊為例:

主站:S7-300 CPU315-2DP可編程序控制器

從站:MasterDrives CUVC變頻器 + CBP2 通訊模板

編程裝置:PC + STEP 7 V5.4 + MPI接口(MPI Adapter 或CP5611卡)

裝有STEP 7 V5.4 的PC機用于S7 CPU315-2DP的硬件組態(tài)與編程,通過MPI電纜與CPU315-2DP的MPI接口連接,用于硬件組態(tài)數(shù)據(jù)及程序的下載。CPU315-2DP的DP接口通過PROBIBUS 電纜與CUVC 變頻器的CBP2 上的DP 接口連接,用于S7-300 與變頻器的通訊。

網(wǎng)絡連接如圖1 所示。

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圖1:PC機、CPU315-2DP 與驅動裝置的連接

3. 硬件組態(tài)

3.1. 新建項目

在SIMATIC Manager 中新建一個項目,名稱為Drives_Comm。如圖2 所示。

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圖2:新建項目,名稱為Drives_Comm

3.2. 插入一個S7-300 主站

在項目名稱Drives_Comm 下插入SIMATIC 300 Station,如圖3 所示。

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圖3:在項目下插入一個S7-300 站

接下來對該站進行硬件組態(tài):從硬件組態(tài)目錄中依次插入機架、電源、CPU,設置CPU上PROFIBUS DP 接口的網(wǎng)絡參數(shù)(可采用缺省設置,即:地址2,最高地址126,波特率1.5 Mbps,協(xié)議DP)。如圖4 所示。

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圖4:設置CPU 上PROFIBUS DP 接口的參數(shù)

按OK 鍵確認后得到主站的組態(tài)結果,如圖5所示。

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圖5:主站的組態(tài)

3.3 插入一個MASTERDRIVE 從站

在PROFIBUS(1): DP master system (1) 總線上掛上MasterDrives 從站。

從站路徑為:PROFIBUS DP >

SIMOVERT >

MASTERDRIVES/DC MASTER CBPx 或

MASTERDRIVES/DC MASTER CBP2 DPV1

MASTERDRIVES/DC MASTER CBPx 與MASTERDRIVES/DC MASTER CBP2 DPV1 的區(qū)別是,前者只能按照PPO 類型選擇報文結構(即CBP 功能:循環(huán)通訊),后者還能選擇更多的報文結構,以配合CBP2 的一些擴展功能(DPV1功能)。

(關于CBP2 模板的報文結構參見下面第7 部分)

(關于MM4 PROFIBUS 模板的報文結構參見下面第8 部分)

選擇MASTERDRIVES/DC MASTER CBP2 DPV1 作為從站,地址設成3。如圖6 所示。

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圖6:選擇MASTERDRIVES/DC MASTER CBP2 DPV1 作為3 號站

3.4. 在從站中插入“模板”

在驅動裝置從站中插入類似于ET 200M 從站中的模板,以確定報文結構。

將右邊窗口硬件目錄中MASTERDRIVES/DC MASTER CBP2 DPV1 下面的 PPO 3: 0PKW, 2PZD插入左下窗口中的第一行(Slot 1)。該選項共占兩行。意思是:PPO類型3,即:0個字參數(shù)數(shù)據(jù)(又叫PKW),2 個字過程數(shù)據(jù)(又叫PZD)。參數(shù)數(shù)據(jù)用于PLC 讀/寫變頻器的參數(shù),過程數(shù)據(jù)用于PLC 控制和監(jiān)視生產(chǎn)過程。0 個字參數(shù)數(shù)據(jù)表示PLC 不能讀/寫驅動裝置的參數(shù),參數(shù)數(shù)據(jù)也不占用S7 的外設地址;2 個字過程數(shù)據(jù)表示PLC 和驅動裝置交換2 個字過程數(shù)據(jù),各占用S7-300 PLC 四個字節(jié)的外設地址。地址范圍是輸入字節(jié)256 - 259,輸出字節(jié)256 -259。如圖7 所示。

通常S7 傳送到驅動裝置的第1 個字是控制字,第2 個字是頻率設定值;驅動裝置傳送到S7的第1 個字是狀態(tài)字,第2 個字是頻率實際值。這是最簡單的應用。

(關于CBP2 模板的其他選項的含義參見下面第7 部分)

(關于MM4 PROFIBUS 模板選項的含義參見下面第8 部分)

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圖7:驅動裝置的輸入/輸出地址

3.5 查看從站中“模板”的屬性

雙擊左下窗口中的第二行(Slot 2),打開其屬性。如圖8 所示。

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圖8:驅動裝置的輸入/輸出地址的屬性

屬性中給出驅動裝置占用S7-300 PLC 外設地址的情況,包括:輸出/輸入地址,長度,單位,連續(xù)性范圍。這里除了地址之外,其他屬性都是由PPO3 決定的,只能讀,不能改寫。

提示:

長度:

MASTERDRIVES/DC MASTER:最大 16 個字

MICROMASTER 420:最大 4 個字

MICROMASTER 430/440:最大 8 個字單位:

Words(字)

連續(xù)性范圍:Unit

以字為單位傳送

Total length

所有字一起傳送

當字長不大于 2 或選擇“以字為單位傳送”時:用 MOVE 指令(L/T 指令)編程

當字長大于 2 且選擇“所有字一起傳送”時:用 SFC14/15 編程

4. 編程

根據(jù)前面的組態(tài),由于輸入/輸出各占四個字節(jié),可以使用兩次MOVE 指令(L/T 指令)。由于程序簡單,程序可以直接編寫在OB1 中。數(shù)據(jù)從MB0 - MB3(即:MW0和MW2)寫入驅動裝置,從驅動裝置讀回的數(shù)據(jù)放入MB4 - MB7(即:MW4和MW6)。如圖9所示。

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圖9:PLC程序

傳送到驅動裝置的第1 個字(MW0)是控制字(控制指令):

當 MW0 = 0000 0100 0000 0000 B = 0400 H 時,驅動裝置處于運行準備狀態(tài);

當 MW0 = 0000 0100 0000 0001 B = 0401 H 時,驅動裝置進入運行狀態(tài)1)

1) 相應于第5部分參數(shù)設置,PLC 只控制驅動裝置起/停。若要傳送所有指令應設置:

MW0 = 1001 1100 0111 1110 B(9C7EH)<-> 運行準備

MW0 = 1001 1100 0111 1111 B(9C7FH)<-> 運行

同時設置:P555~P575 = 3101~3115

傳送到驅動裝置的第2 個字(MW2)是頻率設定值:

當MW2 = 0100 0000 0000 0000 B = 4000 H= 16384 D 時,相當于50Hz。

5. 參數(shù)設置

在驅動裝置側,驅動裝置應處于可以運行的狀態(tài)。為了實現(xiàn)與PLC 之間的通訊,以及從PLC 接收起/停指令和設定值,向PLC 傳送狀態(tài)字(驅動裝置狀態(tài))和實際值,應如下更改參數(shù):

P918.01 = 3(缺省設置)驅動裝置地址(即:站號)

P554.01 = 3100

起/停指令(ON/OFF1)P443.01 = 3002

頻率設定值(Setpoint)

P734.01 = 32

狀態(tài)字1(Status Word1)P734.02 = 148

頻率實際值(Actual Value)

參數(shù)設置可以通過操作面板PMU,也可以通過DriveMonitor 軟件進行。

6. 測試

啟動STEP 7的Monitor/Modify Variables 功能,填寫變量。如圖10 所示。

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圖10:用監(jiān)視和修改變量功能控制驅動裝置起動和調(diào)速

當控制字(Control Word1)為W#16#0400 時,驅動裝置應顯示O009,表示運行準備狀態(tài)。將控制字從W#16#0400 改成W#16#0401 時,驅動裝置起動。除了狀態(tài)字(Status Word1)會發(fā)生變化外,速度實際值(Actual Value)也會逐漸上升,上升速度取決于參數(shù)P462.01 的數(shù)值,最后達到W#16#4000(50Hz)。狀態(tài)字的含義如圖11 所示。其中Bit 2 表示運行狀態(tài)。將控制字改回W#16#0400 時,驅動裝置首先減速,減速時間取決于P464.01 的數(shù)值,然后停止運行。

驅動裝置起動后可以通過更改MW2 的數(shù)值更改速度。對應關系如下:

MW2 = 0000 0000 0000 0000 B = 0000 H= 0 D ~ 0Hz

MW2 = 0100 0000 0000 0000 B = 4000 H= 16384 D ~ 50Hz

MW2 為整型,數(shù)值與頻率之間是線性關系。負數(shù)用補碼表示,對應反轉。

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圖11:MasterDrives 驅動裝置的狀態(tài)字的含義

7. CBP2的其他選項

在“3.3. 插入一個 MASTERDRIVES 從站”和“3.4. 在從站中插入模板”章節(jié)中我們看到,除了 PPO 類型選項外硬件組態(tài)目錄中還有其他選項。如圖 12 所示。

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圖12:硬件組態(tài)目錄中 MasterDrives 驅動裝置的選項

首先,我們也可以選擇 MASTERDRIVES CBP 和 MASTERDRIVES CBP2 文件夾中的選項(參見圖12)。這兩個選項是隨著 Drive ES 軟件一起安裝的,有關 Drive ES 的功能將根據(jù)需要在以后的文檔中再做介紹。

(關于 DriveES,可以參加西門子自動化與驅動培訓中心的培訓課程D2403)

其次,MASTERDRIVES/DC MASTER CBP2 DPV1 中的選項基本包括MASTERDRIVES/DC MASTER CBPx 中的選項。事實上“options”下面的 PPO2 和PPO5 早已取代了上面的 PPO2 和 PPO5。那么什么是 PPO 呢?

PPO = Parameter - Process data - Object,即參數(shù)過程數(shù)據(jù)對象。它規(guī)定了 PLC 與驅動裝置通訊時報文中有效數(shù)據(jù)的結構,符合 PROFIBUS 補充協(xié)議“variable-speed drives profile”。共有 PPO1 - PPO5 五種類型,如圖 13 所示。

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圖13:5種PPO類型

在 3.5. 節(jié)中我們曾查看過 PPO3 型從站中“模板”的屬性,所有 PPO 類型從站中“模板”的連續(xù)性范圍屬性都是一樣的,均為 Total length。由于 PPO3 總共只有 2 個字過程數(shù)據(jù)(PZD1 和 PZD2),所以我們?nèi)匀豢梢杂?MOVE 指令(L/T 指令)編寫程序;與此相同的還有 PPO1 中的過程數(shù)據(jù)。但如果選擇 PPO2、4、5,過程數(shù)據(jù)(PKW)分別為6 個、6 個和 10 個,則需要編寫 SFC14/15。對于 PPO1、2、5 中的參數(shù)數(shù)據(jù)(PKW)其屬性連續(xù)性范圍也為 Total length,也需要編寫 SFC14/15。

SFC14/15 為系統(tǒng)功能,其用法參見 SFC14/15 的在線幫助。

在圖 12 的硬件組態(tài)目錄中,各選項含義如下:

1. Std. Telegram 1: 2/2 PZD:

標準報文1:只有過程數(shù)據(jù),2 個字輸出/2 個字輸入,用 MOVE 指令(L/T 指令)編程;

2. Std. Telegram 2: 4/4 PZD:

標準報文 2:只有過程數(shù)據(jù),4 個字輸出/4個字輸入,用 SFC14/15 編程;

3. PCS7 Telegram 352: 6/6 PZD:

PCS7 報文 352:只有過程數(shù)據(jù),6 個字輸出/6 個字輸入,用于 PCS7;

4. PKW module:

PKW 模板(4 個字輸出/4 個字輸入):用 SFC14/15 編程;

5. PPO 1: 4 PKW, 2 PZD:

PPO 1,4 個字參數(shù)數(shù)據(jù),用SFC14/15 編程;2 個字過程數(shù)據(jù),用 MOVE 指令(L/T 指

令)編程;

6. PPO 2: 4 PKW, 6 PZD:

PPO 2,4 個字參數(shù)數(shù)據(jù),用 SFC14/15 編程;6 個字過程數(shù)據(jù),用 SFC14/15 編程;

7. PPO 3: 0 PKW, 2 PZD:

PPO 3,沒有參數(shù)數(shù)據(jù),2 個字過程數(shù)據(jù),用 MOVE 指令(L/T 指令)編程;

8. PPO 4: 0 PKW, 6 PZD:

PPO 4,沒有參數(shù)數(shù)據(jù),6 個字過程數(shù)據(jù),用 SFC14/15 編程;

9. PPO 5: 4 PKW, 10 PZD:

PPO 5,4 個字參數(shù)數(shù)據(jù),用 SFC14/15 編程;10 個字過程數(shù)據(jù),用 SFC14/15 編程;

8. MM4 PROFIBUS模板的選項

MM420/430/440 變頻器通過 PROFIBUS 模板實現(xiàn) PROFIBUS-DP 通訊。PROFIBUS 模板與 CBP2 模板一樣,既有基本功能(循環(huán)通訊),也有擴展功能(DPV1功能)。MM4 PROFIBUS 模板的選項如圖 14 所示。前半段適合所有 3 種變頻器,后半段僅適合 MM430 和 MM440。

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圖14:硬件組態(tài)目錄中 MICROMASTER 4 驅動裝置的選項

在圖 14 的硬件組態(tài)目錄中,各選項含義如下:

1. Standard Telegram 1:

標準報文 1:2 個字輸出/2 個字輸入,用 MOVE 指令(L/T 指令)編程;

2. 4 PKW,2 PZD (PPO 1):

PPO 1,4 個字參數(shù)數(shù)據(jù),用 SFC14/15 編程;2 個字過程數(shù)據(jù),用 MOVE 指令

(L/T 指令)編程;

3. 0 PKW,2 PZD (PPO 3):

PPO 3,沒有參數(shù)數(shù)據(jù),2 個字過程數(shù)據(jù),用 MOVE 指令(L/T 指令)編程;

4. 4 PKW,4 PZD whole cons.:

4 個字參數(shù)數(shù)據(jù),用 SFC14/15 編程;4 個字過程數(shù)據(jù),整體連續(xù),用 SFC14 /15 編程;

5. 4 PKW,4 PZD word cons.:

4 個字參數(shù)數(shù)據(jù),用 SFC14/15 編程;4 個字過程數(shù)據(jù),字連續(xù),用 MOVE 指令編程;

6. 0 PKW,4 PZD whole cons.:

沒有參數(shù)數(shù)據(jù);4 個字過程數(shù)據(jù),整體連續(xù),用 SFC14 /15 編程;

7. 0 PKW,4 PZD word cons.:

沒有參數(shù)數(shù)據(jù);4 個字過程數(shù)據(jù),字連續(xù),用 MOVE 指令(L/T 指令)編程;

-- MM430/440 only:PZD > 4 -- 僅對 MM430/440:PZD 大于 4 個字

8. 4 PKW,6 PZD (PPO 2):

PPO 2,4 個字參數(shù)數(shù)據(jù),用 SFC14/15 編程;6 個字過程數(shù)據(jù),用 SFC14/15 編程;

9. 4 PKW,6 PZD word cons.:

4 個字參數(shù)數(shù)據(jù),用 SFC14/15 編程;6 個字過程數(shù)據(jù),字連續(xù),用 MOVE 指令編程;

10. 0 PKW,6 PZD (PPO 4):

PPO 4,沒有參數(shù)數(shù)據(jù);6 個字過程數(shù)據(jù),用 SFC14/15 編程;

11. 0 PKW,6 PZD word cons.:

沒有參數(shù)數(shù)據(jù);6 個字過程數(shù)據(jù),字連續(xù),用 MOVE 指令(L/T 指令)編程;

12. 4 PKW,8 PZD whole cons.:

4 個字參數(shù)數(shù)據(jù),用 SFC14/15 編程;8 個字過程數(shù)據(jù),整體連續(xù),用 SFC14 /15 編程;

13. 4 PKW,8 PZD word cons.:

4 個字參數(shù)數(shù)據(jù),用 SFC14/15 編程;8 個字過程數(shù)據(jù),字連續(xù),用 MOVE 指令(L/T 指

令)編程;

14. 0 PKW,8 PZD whole cons.:

沒有參數(shù)數(shù)據(jù);8 個字過程數(shù)據(jù),整體連續(xù),用 SFC14/15 編程;

15. 0 PKW,8 PZD word cons.:

沒有參數(shù)數(shù)據(jù);8 個字過程數(shù)據(jù),字連續(xù),用 MOVE 指令(L/T 指令)編程;

MM4 變頻器上參數(shù)設置:P0700[0] = 6控制字1

P1000[0] = 6頻率設定值

P2051[0] = 52*狀態(tài)字1

P2051[1] = 21*頻率實際值

*) 默認值

參數(shù)設置可以通過操作面板BOP/AOP,也可以通過 Starter 軟件進行。

附加說明:

今后的發(fā)展趨勢是取消 PPO 類型,代之以標準報文或自由組態(tài)。因為在 PPO 類型中不論是過程數(shù)據(jù)還是參數(shù)數(shù)據(jù)都采用循環(huán)方式傳送。而參數(shù)數(shù)據(jù)是不需要采用循環(huán)方式訪問的。

參數(shù)數(shù)據(jù)可以采用非循環(huán)方式訪問(DPV1功能)。CBP2 模板和 MM4 PROFIBUS 模板既支持循環(huán)方式訪問又支持非循環(huán)方式訪問。非循環(huán)訪問不需要組態(tài),用 SFC58/59以讀/寫數(shù)據(jù)包的形式讀/寫參數(shù)。也可以調(diào)用 Drive ES SIMATIC 中的標準功能塊,而且可以實現(xiàn)更復雜的功能,比如:同時讀取或改寫多個參數(shù),甚至在 CPU 的 DB 塊中對驅動裝置的所有參數(shù)進行備份。新一代驅動裝置 SINAMICS 只支持參數(shù)數(shù)據(jù)的非循環(huán)訪問。

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