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1 引言
隨著現(xiàn)場總線技術(shù)的不斷發(fā)展，越來越多的生產(chǎn)廠家推出具有網(wǎng)絡(luò)通訊能力的裝置，以使在共同的協(xié)議下，使不同廠家的產(chǎn)品在同一系統(tǒng)中的應(yīng)用簡單化，易于優(yōu)化系統(tǒng)，實現(xiàn)系統(tǒng)的最佳配置。PROFIBUS是為工業(yè)應(yīng)用設(shè)計開發(fā)的一種開放的標準通訊協(xié)議，運用在分布式I/O系統(tǒng)中，站與站之間用一根串行總線連接，取代了傳統(tǒng)的繁瑣連線，而且總線波特率達到12M，它已被全球許多制造商開發(fā)、采用。
在青山汽車傳動器性能試驗臺設(shè)備的設(shè)計中運用了PROFIBUS現(xiàn)場總線方式。采用三菱電機的可編程序控制器作為主站，ABB公司的四象限直流調(diào)速器作為從站的分布式I/O系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)通訊，完成調(diào)速工作。汽車傳動器試驗臺是利用直流電動機分別模擬汽車發(fā)動機和車輪負載，對各擋進行模擬試驗，檢驗傳動器性能和各擋參數(shù)是否合格的設(shè)備。設(shè)備采用一臺直流電動機作為主驅(qū)動電機與傳動器輸入軸相連，兩臺直流電動機作為加載電機與傳動器兩輸出軸相連。PLC控制直流調(diào)速器實現(xiàn)對電機速度、力矩控制，即實現(xiàn)了對汽車傳動器的輸入輸出軸的速度、轉(zhuǎn)矩控制，人機界面完成速度、力矩的設(shè)定和顯示。
2 硬件結(jié)構(gòu)
調(diào)速部分采用三菱AnS PLC作主站，三個ABB 直流調(diào)速器DCS402作為三個從站。主從站間用串行總線連接，即將三菱電機的PROFIBUS-DP通訊模塊A1SJ7PB92D和ABB公司的直流調(diào)速器PROFIBUS 適配器模塊NPBA-02連接起來，實現(xiàn)PLC對調(diào)速器的控制。主從站方式使PLC與調(diào)速器間的控制簡單、快速、穩(wěn)定。
顯示部分采用三菱電機的A970GOT-TBA用于數(shù)據(jù)設(shè)定，數(shù)據(jù)顯示，以及完成各種手動動作，可節(jié)約按鈕空間。觸摸屏則與PLC主基板相連，簡單經(jīng)濟。
3 軟件設(shè)計
圖1 網(wǎng)絡(luò)配置圖
(1) 網(wǎng)絡(luò)配置
實現(xiàn)PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)通訊，需在軟件中定義硬件配置。A1SJ71PB92D模塊提供的軟件PRIMAP是配置硬件網(wǎng)絡(luò)的軟件平臺。
定義網(wǎng)絡(luò)分為三部分：
Device Database：在此處添加PRIMAP軟件未提供的*.GSD文件。GSD文件是一個裝置主數(shù)據(jù)文件, 該文件存儲了主從工作方式的全部信息。作為DP從站的裝置進行通訊，該文件是不可缺少的。直流調(diào)速器的PROFIBUS適配器NPBA-02，是使直流調(diào)速器作為DP從站工作在Ans主站中的硬件模板，且該模板同時也提供了一個NPBA-02.GSD文件，將它添加到Device Databate中。
Master Parameter：配置PB92D模塊的參數(shù)，其中網(wǎng)路的通訊速度要和從站設(shè)定的速度保持一致。
Define I/O-Slaves：（如圖1所示）定義網(wǎng)絡(luò)
在總線上點擊右鍵選擇Insert DP-Slave會彈出Device Database界面，雙擊已添加的GSD文件設(shè)定站號及對模塊進行設(shè)置。如果是輸入輸出從站定義輸入輸出通訊的字節(jié)數(shù)。本系統(tǒng)中，從站設(shè)置為Slave1、Slave2、Slave3；模塊設(shè)置需選擇調(diào)速器的PPO（參數(shù)過程數(shù)對象）方式，選擇方式5。該方式可以通過PZD（過程數(shù)據(jù)組）傳輸適配器中10個字到PPB92D模塊中。
所有參數(shù)設(shè)置完成后，將配置下傳到模塊中完成網(wǎng)絡(luò)設(shè)置。
(2) 數(shù)據(jù)傳送
首先在直流調(diào)速器中將要傳送的控制字、狀態(tài)字、速度給定、速度實際值、轉(zhuǎn)距給定、轉(zhuǎn)距實際值等參數(shù)分別定義到適配器的接受數(shù)據(jù)字和發(fā)送數(shù)據(jù)字中，這些數(shù)據(jù)即為PZD部分。如PZD1在主站傳送到從站時為控制字，從站傳送到主站為狀態(tài)字；速度給定定義為PZD4，速度實際值定義為發(fā)送數(shù)據(jù)字4等，這樣共可定義10個相互傳送的字。
然后在GOT中設(shè)定各擋速度、力矩等參數(shù)，數(shù)據(jù)傳送到CPU中，CPU將轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換成調(diào)速器的給定值，再發(fā)送到A1SJ71PB92D模塊的Buffer memory（存儲區(qū)）的Input/Output image（輸入/輸出映象區(qū)）內(nèi)。Buffer memory給每個從站在輸入?yún)^(qū)域輸出區(qū)域分別設(shè)置了32 Bytes（16 words）的數(shù)據(jù)存儲區(qū)。按照 Buffer memory address（存儲區(qū)地址）可查詢到接收和發(fā)送的數(shù)據(jù)，一個模塊最多可以帶60個從站。如圖2所示。
圖2 參數(shù)通訊示意圖
本設(shè)備中帶有三個從站。從站1的Input area address（輸入存儲區(qū)的地址）為：000~015；Output area address（輸出存儲區(qū)的地址）為：960~975；從站2的Input area address（輸入存儲區(qū)的地址）為：016~031；Output area address（輸出存儲區(qū)的地址）為：976~992；從站3的Input area address（輸入存儲區(qū)的地址）為：032~048；Output area address（輸出存儲區(qū)的地址）為：993~1008。通過程序調(diào)用可實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳送。
首先PROFIBUS模塊初始化：PROFIBUS模塊地址為12。
TO指令將數(shù)據(jù)從CPU發(fā)送到調(diào)速器中：
FROM指令將數(shù)據(jù)從調(diào)速器取出至CPU中：
D400-D410、D420-D430、D440-D450分別存儲了主驅(qū)動電機、左右加載電機要輸入控制字、速度給定、力矩給定等工程參數(shù)。傳送到直流調(diào)速器中實現(xiàn)電機變速、加載工作。
D300-D310存儲了從調(diào)速器發(fā)送的實時數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)經(jīng)過CPU轉(zhuǎn)換，傳送到GOT上實時顯示各擋電機轉(zhuǎn)速、力矩值。
但是，在實際數(shù)據(jù)傳送中筆者遇到三菱PLC數(shù)據(jù)存儲格式與ABB直流調(diào)速器數(shù)據(jù)存儲格式有所不同的問題，如圖3所示。
圖3 存儲格式不同
兩字節(jié)在各自產(chǎn)品存儲位置相異，所以在數(shù)據(jù)傳送前必須進行一次軟件中的高低字節(jié)交換（SWAP指令），這樣即可完成數(shù)據(jù)的正確通訊。
4 結(jié)語
在傳動器性能試驗臺設(shè)備中由于要求速度控制嚴格，兩輸出軸同步性能高，而且當主驅(qū)動電機驅(qū)動傳動器運轉(zhuǎn)時，兩加載電機作為發(fā)電機對傳動器進行加載，加載能量變成電能要回饋電網(wǎng)，所以選擇了ABB四象限直流調(diào)速器進行控制。而三菱PROFIBUS-DP模塊實現(xiàn)了三菱Ans PLC與調(diào)速器間PROFIBUS通訊的可能，使數(shù)據(jù)簡單，快速，可靠的進行傳送。實現(xiàn)了理想的組合。
該設(shè)備已穩(wěn)定運行兩年多，未出現(xiàn)任何較大故障，得到廠家及專業(yè)行家的一致好評。
北京市公安局海淀分局備案號：11010802023656號