西门子PLC与ABB直流模块之间通讯及控制的实现

西门子PLC与ABB直流模块之间通讯及控制的实现引言在目前的工业控制PLC应用领域,德国西门子公司的S7系列产品以其规格多(S7-200、S7-300、S7-400等)、响应速度快、指令系统完善、操作界面友好、开发软件功能强大及其优良的性能价格比等等优势,在工控领域中有十分广泛的应用,为设计单位和用户广泛认可。而ABB公司的传动产品也以其产品的多样性(交流、直流各有多种规格)、强大的使用功能、稳定的性能、良好的可扩展性及友好的人机界面等适合各种不同的应用场合,在传动控制方面有很广泛的市场应用,尤其在大功率变流器的应用方面很有市场。通过西门子公司的PLC产品与ABB公司的直流模块相结合来实现对整个系统的控制将可以达到良好的系统性能和较低的价格配置一举两得的效果,从而达到优化设计的目的。下面即以SiemensPLCStep7V5.3及ABB直流模块DCS500B为例,讲述西门子PLC与ABB直流模块之间的通讯与控制。1硬件的组成及其配置由于直流模块,其信号和数据必须通过通讯实时地从PLC来获取、及传送给PLC,以满足设备的实时工作需求,为此,通讯网络的选型、PLC的选用和配置、直流模块的通讯形式等,以及PLC与直流模块的接口通讯传输速率及信号的可靠性等都必须考虑周到。PLC的硬件和软件基于德国Siemens(西门子)公司的SIMATICSTEP7-300系统、软件版本为STEP7V5.3来进行,通过PROFIBUS#DP网络及协议与ABB直流模块DCS500B构成一个通讯网络,以实现PLC与直流模块之间的通讯及控制。该网络还包括PROFIBUS的各通讯子站、触摸屏,以及监控PC机(即PC机编程器)等,详见图1。图1其中,1#站为主机架,3#站为控制各阀的阀站子站,2#站、4#站分别为位于主操作台的操作台子站和SiemensTP270触摸屏子站,7#、8#、9#站为三个直流模块子站,另外还有位于主电室的PC机编程器(用于实时调试程序和用做监控上位机),在本例中通过MPI电缆与PLC相连,另外也可以通过在PC电脑中配置CP5611卡连接到PROFIBUS#DP网络,来实现PC机编程器与PLC的连接与控制,这两种方法在实际工作中均有应用,但配置CP5611通讯卡在硬件投资上费用支出较大,而通过MPI电缆将双方的串口连接通讯则不需要任何投资。1.1通讯网络的选择PROFIBUS网络是欧洲首屈一指的开放式现场总线系统,它在全世界工业控制方面广泛应用。由于,我们在实现SiemensPLC与ABB直流模块之间通讯及控制,那么所选网络一定要为这两种产品都能接受,而且能很好地实现通讯,PROFIBUS网络能完全满足这种需求,PROFIBUS#DP是一种经过优化的高速和便宜的通信连接,它的设计是专门为自动控制系统与分散的I/O设备级之间进行通信使用的,选用该网络能够快捷而可靠地实现信息数据的传输交换。1.2直流模块及通讯适配器的选择直流模块(即变流器)选用ABBDCS500B系列的直流模块,其通讯接口通过NPBA-12适配器,通过PROFIBUS#DP网络与PLC连接。其中NPBA-12适配器模块是ABB系统连接到PROFIBUS#DP网络的一个必须的可选模块(即适配器),该适配器作为PROFIBUS#DP网络的一个从站来配置,需分配其一个网络地址。物理的连接中,直流模块ABBDCS500B通过光纤与NPBA-12适配器连接,NPBA-12适配器则通过专用PROFIBUS双绞电缆连接到PROFIBUS#DP网络。1.3PLC的选择PLC的硬件选择西门子S7-300,其中,其具体配置见图2。其中,主机架选用标准SIMATIC300的RACK300机架,在该机架的1槽为PS30710A的电源,2槽为CPU,CPU选用CPU313C-2DP,即CPU带PROFIBUS网络接口,则可以通过该接口连接PROFIBUS#DP网络。其它各槽分别为模入模出板、数字量的输入输出板。PROFIBUS#DP网络中,设置2#站为C1操作台机架,3#站为阀站机架,7#、8#、9#站则为与ABBDCS500通讯的NPBA-12。另外,PLC的程序全部在PLC机架上的CPU模块内运行,在实际应用中通常是通过一台电脑PC机来进行软件的安装、设置、及程序的编制、调试,之后将调试好的程序通过联网的方式(比如通过MPI网络、PROFIBUS网络、Ethernet网络等)直接下载到PLC的CPU内即可运行,同时,为了现场的实时调试可将电脑与PLC联网,通过在线方式在电脑中直接监控、修改、调整PLC中的数据及逻辑控制程序等。那么,我们在下面谈到PLC方面的工作时,基于PC编程器电脑来进行,这样能方便大家更好地理解2程序通讯与控制的实现2.1在PLC中的相应设置及程序实现在西门子STEP7程序中,主要通过两个系统功能块SFC14和SFC15来实现与直流模块的通讯与控制,其中SFC14是从直流模块中读取模块的各种状态,即以状态信息的形式读取到PLC中,以掌握直流系统的当前状态;而SFC15是向直流模块中写入PLC的各种控制操作,即以控制信息的形式写入到直流模块中去,以实现对直流系统的控制。见图3。其中,Network11为从DCMaster(即直流模块)中读取状态信息。系统功能块SFC14的具体应用为:EN:使能位LADDR:直流模块被读取数据区域的起始地址。本例中W#16#2BC表示起始地址为16进制的2BC,即10进制的700,该地址的分配是硬件配置时设置的,不可随意修改。该地址的确定见下图4。输入地址为IAddress700...711,共12个字节,即6个字。RECORD:PLC从直流模块读取数据的长度及读取到PLC中该数据区域的起始地址。本例中BYTE12为读取12个字节,即6个字,起始地址为M120.0,即从MW120到MW130,共6个字。RET_VAL:当该功能块执行时,如发生故障,返回错误代码的存放地址。本例中MW102表示将返回的错误代码存储在字MW102中。通过Network11即可实现PLC从直流模块中读取状态信息的功能,且读取的状态信息存储于MW120到MW130的6个字中。Network12为从PLC向DCMaster(即直流模块)中写入控制信息。系统功能块SFC15的具体应用与SFC14相似,为:EN:使能位LADDR:直流模块被写入数据区域的起始地址。本例中W#16#2BC表示起始地址为16进制的2BC,即10进制的700,该地址的分配是硬件配置时设置的,不可随意修改。该地址的确定见图4,输出地址为QAddress700...711,共12个字节,即6个字。RECORD:PLC向直流模块写入数据的长度及写入到该数据区域的起始地址。本例中BYTE12为读取12个字节,即6个字,起始地址为M132.0,即从MW132到MW142,共6个字。RET_VAL:当该功能块执行时,如发生故障,返回错误代码的存放地址。本例中MW108表示将返回的错误代码存储在字MW108中。通过Network12即可实现PLC向直流模块中写入控制信息的功能,且读取的状态信息存储于MW132到MW142的6个字中。本例中,以7#站(上辊)为例,其输入输出地址见图4。2.2直流模块中的设置及实现与PLC中的设置相对应,直流模块中有相应的模块并需要进行相应的设定,以实现与PLC中程序的通讯。因为我们要分别向PLC传送6个状态字和从PLC接收6个控制字,那么直流模块中由于用于控制传动或表示传动状态的模拟量和数字量不够,所以可以使用基于串行通讯模块的串行连接来增加信息量或信号精度。通讯模块的型号通过现场总线FieldBus功能块来激活。给变流器的控制数据按16位信息存储在DATASET1和DATASET3功能块中,读取变流器的状态数据按16位信息通过DATASET2和DATASET4功能块进行读取(即DATASET2和DATASET4用于将数据从传动装置传送到现场总线适配器),见图5。图5中,SP:StandardProgram标准程序DATASET1~4:功能块的名字IN1~IN3:功能块的输入(如209:第2组的第09参数)OUT1~OUT3:功能块的输出其中,通过DATASET2和DATASET4功能块即可将描述直流模块状态的6个字(自209到214)传送到总线适配器(NPBA-12),并通过PROFIBUS网络,通过西门子PLC中的系统功能块SFC14,将该6个字传送至PLC中,之后PLC即可根据直流模块的状态进行相应的动作,或是进行相应的输出、或是对传动装置进行相应的调整控制等。而通过DATASET1和DATASET3功能块则可把PLC对直流模块的6个控制字(自10122到10127)从现场总线接收到直流模块中,同样,也是通过PROFIBUS网络,通过西门子PLC中的系统功能块SFC15,将该6个字自PLC中传送至直流模块,然后直流模块即根据控制字进行相应的动作及调整。本篇中描述直流模块状态信息的各字定义如下:209:12995,状态字,共16位,描述直流模块的各种状态,对应于PLC中的MW120(该状态字各位的组合及各位的定义在下面将进一步讨论,见下述445,CONV-BI)210:12103,电机的实际速度,对应于PLC中的MW122211:10501,变流器的实际电流,对应于PLC中的MW124212:11302,励磁单元的实际励磁电流,对应于PLC中的MW126控制直流模块的控制信息的各字定义如下:10122:控制字,共16位,对直流模块进行各种控制,将该参数置于3312中,对应于PLC中的MW132(该控制字拆位及各位的定义在下面将进一步讨论,见下述442,CONV-IB)10123:电机速度给定,将该参数置于1910中,对应于PLC中的MW134通过以上方法,即可分别将所需的各状态信息及控制信息置于适当的位置,以便与PLC各种信息的交换,下面就状态字12995的组字,及控制字10122(控制字10122置于3312中)的拆位进行讨论。2.3状态字和控制字的构成及实现当PLC通过SFC14读取到直流模块的状态时,其状态是以状态字的的形式来读取的,即将16位状态位组合成字来进行传输的,在直流模块中,该功能的实现通过功能块445来实现,将3320至3335中的各状态位组合成一个字置于12995(组129参数95)中,而后将12995作为参数置于209中,这样,表示状态的16位即作为传送给PLC的6个字中的一个字传至PLC,PLC根据需要读取、分解各状态位(对应MW120中的各位M120.0~M121.7),以获取所需的各种状态信息。见图6。举例说明图6各状态位:3320:10906,直流模块本地/远程控制选择,对应PLC中的M121.03321:10901,RDY_ON,传动装置准备,按ON指令运行。1为OK,0为未准备就绪3322:10902,RDY_RUNNING,传动装置准备,按RUN指令运行。1为OK,0为未准备就绪3323:12201,实际速度低于最小速度极限MIN_SPEED_L(2201)时启动该指示3325:10904,传动装置故障,1为故障,0为无故障,等等。将各相应的状态位与PLC中定义协调一致,则PLC即可实时读取到直流模块的各种状态信息,以全面掌握直流模块的运行状态,也便于PLC对于直流模块做出及时的调整控制。相应地,当PLC通过SFC15向直流模块写入控制信息时,其控制是以控制字的的形式来写入的,即将定义好各位的控制字以字的形式传送至直流模块,之后直流模块将控制字分解为各功能位,在直流模块中,该功能的实现通过功能块442来实现,写入到直流模块中的控制字10122(6个控制字中的一个,表示各控制位)置于3312中,通过442功能块将控制字分解为12962~12977共16位(对应MW120中的各位M132.0~M133.7)。直流模块再根据需要分别将这16个控制位置于相应功能参数中,以实现控制。举例说明各状态位：12962:置于901,主接触器控制,对应PLC中的M133.012963:置于902,运行指令,等等。将各相应的控制位与PLC中定义协调一致,则PLC即可实现对直流模块的实时控制。442,443其中:S:使能位。当该位为1时,本功能块执行,当该位由1变为0时,最后的输出状态值将保持在各位。L:装载数据的动态输入。(在此可不做任何设置。)R:复位位。当该位位为1时,本功能块的输出复位,且只要该位是1,不考虑S、L位的状态,输出执行复位操作。I1:功能块的输入,一个整型数(存储于3312中),供拆成输出的16个位(存储于12962至12977中)。ZERO:当输入为0时,该值被设为-1,并存储于12961里。445,446其中:S:使能位。当该位为1时,本功能块执行,当该位由1变为0时,最后的输出状态值将保持L:装载数据的动态输入。可不做任何设置。R:复位位。当该位位为1时,本功能块的输出复位,且只要该位是1,不考虑S、L位的状态,输出执行复位操作。I1~I16:功能块的各位输入,共16位(自3320至3335),以构成输出的一个整数(存储于12995中)。3结束语通过以上硬件的选型与配置、直流模块的设置、通讯的