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[摘 要]本文简单介绍了S7-300PLC与6se71变频器的PROFIBUS通讯原理，以及通过举例讲述了PROFIBUS-DP现场总线在钻井生产现场的具体应用，详细介绍了西门子PLC与变频设备通过PROFIBUS-DP通讯的硬件组态、软件编程以及变频器的相关参数设置。
[关键词]西门子变频器 PROFIBUS-DP总线 PLC 控制字 状态字
中图分类号：TN77 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）05-0364-01
目前在石油钻井行业，西门子6se71系列变频器应用非常广泛。随着用户对钻井工艺自动化程度的要求的提高，PLC越来越多的应用到钻机电控系统，利用PLC通过PROFIBUS-DP现场总线对变频装置进行控制，实现电机的启动、停车和调速，以及对电机的监控最为常见。
一.PROFIBUS协议与CBP2通讯板
FROFIBUS是国际化和开放式的标准现场总线。它广泛地应用在生产和过程自动化领域。用国际EN 50170和IEC 61158来保证其中立性和开放性。
对于本文，DP主站就是S7-300PLC，它决定在总线的数据传送而且也被设计作为主动结点；从站就是CBP2板，它仅能在主站要求时确认所接收或发送的信息，设计作为被动结点。
CBP2板是安装在变频器主控板CUVC上的一块选件板，用于通过PROFIBUS-DP把变频器连接到更高层的自动化系统（例如：PLC）。按照PROFIBUS标准，它通过9孔SUB D型插座连接到PROFIBUS系统，CBP2所支持的波特率从9.6Kb到12Mb并且也适用通过光链接插件（OLPs）与光缆连接。
二.数据传输
采用PROFIBUS，允许在较高层系統（PLC、PC/PGS等）和传动装置之间进行快速的数据交换。对传动装置的存取总是按照主-从方式进行。传动装置总是从站且每个从站本身都有明确的地址。PROFIBUS的第一类主站（PLC）与变频器之间可以进行周期性数据传输与非周期数据传输（见下图），对于石油钻井行业，目前主要用到周期性数据传输。
用MSCY_C1数据传送，有用数据被划分成两个区域，它们以各自的报文进行数据传送：
1.过程数据区（PZD），如控制字和给定值或状态字和实际值
2.参数区（PKW）用于读写参数，如读出故障
PROFIBUS-DP主站到变频器通讯类型的PPO可以从主站（PLC）来配置。有5种PPO1：
PPO1：有参数区，有两个字的过程数据
PPO2：有参数区，有6个字的过程数据
PPO1：无参数区，有两个字的过程数据
PPO1：无参数区，有6个字的过程数据
PPO1：有参数区，有10个字的过程数据
选择哪种类型的PPO，取决于在自动化网络中传动装置的任务。如：只要求控制电机的起停和转速，选用PPO3即可；如果还要在触摸屏上显示电机转速、电压、电流等并且需要更改变频器参数，则须选用PPO2或PPO5。
此时PZD区的第一个字是控制字，第二个字是给定值。第三到第十个字可以自由设计，并把它们连接到你所需要的BICO参数。
对于6se71系列变频器，需要送给主站的十个字存储在参数P734的第一到第十个标号下。其中第一个字是状态字，第二个字是主实际值，第三到第十个字可以自由选择连接器（如频率、电压等）。
3.通过PROFIBUS-DP读写参数
当主站选用PPO类型1，2和5时，可以执行以下任务：
处理和显示参数（读/写）
传送和确认参数变更报告
参数区至少包含4个字
参数ID（PKE）是一个16位值，第0位到第10位（PNU）是要请求的参数号，它和要请求的参数对应关系如下：
第11位（SPM）是用于参数变更报告的触发位，第12位到第15位（AK）共四位组成一个16进制数。在主站到变频器的传输，它作为任务ID，含义如下：
在变频器到主站的传输，它作为应答ID，含义如下：
如果应答ID是7（任务不能执行），一个错误号将被放置在参数值低位（PWE2）。
参数值（PWE）由参数区（PKE）的第三和第四个字组成（PWE1和PWE2），是一个双字（32位）。如果要传送一个16位参数值，必须设定PWE1（高有效字，第三个字）为零。如果我们要改变P554标号1的参数值到3100，那么如下所示：
4.控制字和状态字
四.在STEP7中组态变频器
在STEP 7软件中创建一个项目，再硬件组态该项目，添加你所需要的各种I/O模块。并建一个PROFIBUS-DP网络（为此，我们需要选择带DP功能的CPU），6se71系列变频器在PROIBUS DP->SIMOVERT文件夹里进行组态，并设定好通讯的地址范围（即选择需要的PPO）。
五.建立通讯DB块
一般地，读写数据都做在DB块中，且最好与硬件组态设定的I，O地址范围大小划分相同大小的区域，便于建立对应关系和管理。如下图所示，读变频器的数据的28个字节在DB4.DBB0～DB4.DBB27中，写给变频器的28个字节数据放在DB5.DBB0～DB5.DBB27中。接下来还可以存放诸如通讯的错误代码和与变频器有关的其它计算数据。
六.写通讯程序
通讯程序可以直接调用STEP 7编程软件的系统功能SFC14（DPRD_DAT），SFC15（DPWR_DAT）来实现。SFC14和SFC15的作用是成组地传送数据，如果使用MOVE指令，一条指令最多可以传送4个字节（1个MD），而通过调用SFC14、SFC15可以传送多个字节。
七.变频器参数设置
对于6SE71系列变频器组成的传动，首先要设置电机参数组（表1）：
对于写变频器的数据是与变频器的k3001～k3016（参见变频器使用大全功能图120）建立对应关系，读变频器的数据则是与变频器的参数P734建立对应关系。
即DB4.DBW8～DB4.DBW26对应P734的W01～W10。DB5.DBW8～DB5.DBW26对应k3001～k3010。PLC读取变频器的数据可以通过设置参数P734的值来实现，PLC写给变频器的数据存放在变频器数据k3001～k3012中，在变频器的参数设置里可以进行调用，从而建立了彼此的对应关系。
这样，变频器与PLC的连接已经基本建立，就可以编写程序通过PLC来控制变频器的启、停、速度给定等各项功能，满足工艺给定要求。同时也可以读取变频器数据通过上位机进行显示，达到在线监视和诊断的目的。
[关键词]西门子变频器 PROFIBUS-DP总线 PLC 控制字 状态字
中图分类号：TN77 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）05-0364-01
目前在石油钻井行业，西门子6se71系列变频器应用非常广泛。随着用户对钻井工艺自动化程度的要求的提高，PLC越来越多的应用到钻机电控系统，利用PLC通过PROFIBUS-DP现场总线对变频装置进行控制，实现电机的启动、停车和调速，以及对电机的监控最为常见。
一.PROFIBUS协议与CBP2通讯板
FROFIBUS是国际化和开放式的标准现场总线。它广泛地应用在生产和过程自动化领域。用国际EN 50170和IEC 61158来保证其中立性和开放性。
对于本文，DP主站就是S7-300PLC，它决定在总线的数据传送而且也被设计作为主动结点；从站就是CBP2板，它仅能在主站要求时确认所接收或发送的信息，设计作为被动结点。
CBP2板是安装在变频器主控板CUVC上的一块选件板，用于通过PROFIBUS-DP把变频器连接到更高层的自动化系统（例如：PLC）。按照PROFIBUS标准，它通过9孔SUB D型插座连接到PROFIBUS系统，CBP2所支持的波特率从9.6Kb到12Mb并且也适用通过光链接插件（OLPs）与光缆连接。
二.数据传输
采用PROFIBUS，允许在较高层系統（PLC、PC/PGS等）和传动装置之间进行快速的数据交换。对传动装置的存取总是按照主-从方式进行。传动装置总是从站且每个从站本身都有明确的地址。PROFIBUS的第一类主站（PLC）与变频器之间可以进行周期性数据传输与非周期数据传输（见下图），对于石油钻井行业，目前主要用到周期性数据传输。
用MSCY_C1数据传送，有用数据被划分成两个区域，它们以各自的报文进行数据传送：
1.过程数据区（PZD），如控制字和给定值或状态字和实际值
2.参数区（PKW）用于读写参数，如读出故障
PROFIBUS-DP主站到变频器通讯类型的PPO可以从主站（PLC）来配置。有5种PPO1：
PPO1：有参数区，有两个字的过程数据
PPO2：有参数区，有6个字的过程数据
PPO1：无参数区，有两个字的过程数据
PPO1：无参数区，有6个字的过程数据
PPO1：有参数区，有10个字的过程数据
选择哪种类型的PPO，取决于在自动化网络中传动装置的任务。如：只要求控制电机的起停和转速，选用PPO3即可；如果还要在触摸屏上显示电机转速、电压、电流等并且需要更改变频器参数，则须选用PPO2或PPO5。
此时PZD区的第一个字是控制字，第二个字是给定值。第三到第十个字可以自由设计，并把它们连接到你所需要的BICO参数。
对于6se71系列变频器，需要送给主站的十个字存储在参数P734的第一到第十个标号下。其中第一个字是状态字，第二个字是主实际值，第三到第十个字可以自由选择连接器（如频率、电压等）。
3.通过PROFIBUS-DP读写参数
当主站选用PPO类型1，2和5时，可以执行以下任务：
处理和显示参数（读/写）
传送和确认参数变更报告
参数区至少包含4个字
参数ID（PKE）是一个16位值，第0位到第10位（PNU）是要请求的参数号，它和要请求的参数对应关系如下：
第11位（SPM）是用于参数变更报告的触发位，第12位到第15位（AK）共四位组成一个16进制数。在主站到变频器的传输，它作为任务ID，含义如下：
在变频器到主站的传输，它作为应答ID，含义如下：
如果应答ID是7（任务不能执行），一个错误号将被放置在参数值低位（PWE2）。
参数值（PWE）由参数区（PKE）的第三和第四个字组成（PWE1和PWE2），是一个双字（32位）。如果要传送一个16位参数值，必须设定PWE1（高有效字，第三个字）为零。如果我们要改变P554标号1的参数值到3100，那么如下所示：
4.控制字和状态字
四.在STEP7中组态变频器
在STEP 7软件中创建一个项目，再硬件组态该项目，添加你所需要的各种I/O模块。并建一个PROFIBUS-DP网络（为此，我们需要选择带DP功能的CPU），6se71系列变频器在PROIBUS DP->SIMOVERT文件夹里进行组态，并设定好通讯的地址范围（即选择需要的PPO）。
五.建立通讯DB块
一般地，读写数据都做在DB块中，且最好与硬件组态设定的I，O地址范围大小划分相同大小的区域，便于建立对应关系和管理。如下图所示，读变频器的数据的28个字节在DB4.DBB0～DB4.DBB27中，写给变频器的28个字节数据放在DB5.DBB0～DB5.DBB27中。接下来还可以存放诸如通讯的错误代码和与变频器有关的其它计算数据。
六.写通讯程序
通讯程序可以直接调用STEP 7编程软件的系统功能SFC14（DPRD_DAT），SFC15（DPWR_DAT）来实现。SFC14和SFC15的作用是成组地传送数据，如果使用MOVE指令，一条指令最多可以传送4个字节（1个MD），而通过调用SFC14、SFC15可以传送多个字节。
七.变频器参数设置
对于6SE71系列变频器组成的传动，首先要设置电机参数组（表1）：
对于写变频器的数据是与变频器的k3001～k3016（参见变频器使用大全功能图120）建立对应关系，读变频器的数据则是与变频器的参数P734建立对应关系。
即DB4.DBW8～DB4.DBW26对应P734的W01～W10。DB5.DBW8～DB5.DBW26对应k3001～k3010。PLC读取变频器的数据可以通过设置参数P734的值来实现，PLC写给变频器的数据存放在变频器数据k3001～k3012中，在变频器的参数设置里可以进行调用，从而建立了彼此的对应关系。
这样，变频器与PLC的连接已经基本建立，就可以编写程序通过PLC来控制变频器的启、停、速度给定等各项功能，满足工艺给定要求。同时也可以读取变频器数据通过上位机进行显示，达到在线监视和诊断的目的。