西门子6ES7223-1PH22-0XA8安装方法

浔之漫智控技术(上海)有限公司

西门子6ES7223-1PH22-0XA8安装方法

1 引言

Profibus是目前工控系统中成功的现场总线之一，得到了广泛的应用。它是不依赖于生产厂家的、开放式的现场总线，各种各样的自动化设备均可通过同样的接口协议进行信息的交换。Profibus-DP（Distributed I/O System-分布式I/O系统）是一种经过优化的模块，有较高的率，适用于系统和外部设备之间的通信，远程I/O系统尤为合适。它允许高速度周期性的小批量数据通信，适用于对时间要求苛刻的自动化控制系统中。Profibus-DP现场总线系统可使许多现场设备（如PLC、智能变送器、变频器）在同一总线进行双向多信息数字通讯，因此可方便地使用不同厂家生产的控制测量系统相互连接成通讯网络。济钢鲍德彩板有限公司是济钢集团总公司2003年投资兴建的年产20万吨大型彩板生产基地，其生产线中的固化炉、导热油炉、煤气制氢中的煤气系统对煤气通过煤气加压机进行二次加压才能满足生产工艺要求，煤气加压机控制系统采

用Profibus-DP过程现场总线通讯技术方案，自动化控制单元与变频器采用不同厂家的产品，分别采用西门子的S7-300 PLC和ABB公司的ACS600变频器。

2 系统配置及通讯协议

（1） 系统配置

该系统以西门子公司和ABB公司的相关产品来实现全数字交流调速系统在Profibus-DP网中的通讯及控制原理。附图为该系统的Profibus-DP网的网络配置图，其中PLC为西门子公司的SIMATIC S7-315-2DP，变频器为ACS600系列，NPBA-12为与变频器配套的通讯适配器。编程软件为STEP7 V5.2软件，用于对S7-300 PLC编程和对Profibus-DP网进行组态和通讯配置。上位机画面操作采用WinCC5.1进行画面编程和操作，与PLC通讯采用以太网通讯方式。

（2） 通讯协议

在本系统中，S7-300 PLC作为主站，变频器作为从站时，主站向变频器传送运行指令，同时接受变频器反馈的运行状态及故障报警状态的信号。变频器与NPBA-12通讯适配器模块相连，接入Profibus-DP网中作为从站，接受从主站SIMATIC S7-315-2DP来的控制。NPBA-12通讯适配器模块将从Profibus-DP网中接收到的过程数据存入双向RAM中，的每一个字都被编址，在变频器端的双向RAM可通过被编址参数排序，向变频器写入控制字、设置值或读出实际值、诊断信息等参量。

变频器现场总线控制系统若从软件角度看，其内容是现场总线的通讯协议。Profibus-DP通讯协议的数据电报结构分为协议头、网络数据和协议层。网络数据即PPO包括参数值PKW及过程数据PZD。参数值PKW是变频器运行时要定义的一些功能码;过程数据PZD是变频器运行过程中要输入/输出的一些数据值，如频率给定值、速度反馈值、电流反馈值等。Profibus-DP共有两类型的网络PPO：一类是无PKW而有2个字或6个字的PZD;另一类是有PKW且还有2个字、6个字或10个字的PZD。将网络数据这样分类定义的目的，是为了完成不同的任务，即PKW的传输与PZD的传输互不影响，均各自立工作，从而使变频器能够按照上一级自动化系统的指令运行。

3 STEP7项目系统组态及通讯编程

（1） 使用STEP7V5.2组态软件，进入Hardware Configure完成S7-300 PLC硬件组态;

（2） 选定S7-315-2DP为主站系统，将NPBA-12的GSD（设备数据库）文件导入STEP7的编程环境中，软件组态NPBA-12到以S7-315-2DP为主站的DP网上，并选定使用的PPO类型，本设计使用PPO4，设定站点网络地址。在变频传动装置Profibus的结构中，ABB变频器使用Profibus-DP通信模块（NPBA-12）进行，主要是周期性的：主机从从站读取输入信息并把输出信息反送给从站，因此需要在PLC主程序中调用两个系统功能块SFC14和SFC15来读写这些数据，实现到变频器的通信控制;

（3） 在主PLC程序中建立一个数据块，用于于变频器的数据通信;建立一变量表，用于观测实时通讯效果。

4 变频器运行设置

变频器与PLC应用Profibus-DP现场总线连成网络后，除在PLC自动化系统中进行编程外，在每个变频器上也要进行适当的参数设置。

通讯电缆联接后，启动变频器，完成对变频器通讯参数的

4.1 基本设置

（1） 51.01—模块类型，本参数显示由传动装置探测到的模块型号。其参数值用户不可调整。如果本参数没有定义，则不能在模块与传动之间建立通讯。

（2） 51.02—本参数选择通讯协议，“0”为选择Profibus-DP通讯协议。

（3） 51.03—本参数为Profibu

s连接选择的PPO类型，“3”为PPO4，但变频器上的PPO类型应与PLC上组态的PPO类型一致。

（4） 51.04—本参数用于定义设备地址号，即变频器的站点地址，在Profibus连路上的每一台设备都有一个单的地址。本次设计中两台变频器分别为2、3号站。［1］

4.2 过程参数的连接

过程参数互联完成NPBA-12双端口RAM连接器与变频器相应参数的定义和连接，包括主站（PLC）到变频器的连接和变频器到主站（PLC）的连接两部分。在变频器上设定下列连接参数。

（1） 从PLC发送到传动装置变频器的PZD值

PZD1—控制字，如变频器的启动使能、停止、急停等控制命令;

PZD2—变频器的频率设定值。

（2） 从传动装置变频器发送到PLC的PZD值

PZD1—状态字，如报警、故障等变频器运行状态;

PZD2—变频器的速度实际值、电流实际值等。

5 结束语

变频器控制系统采用了Profibus-DP现场总线控制模式后，不但整个系统性强，操作简便，而且可根据工艺需要进行灵活的功能修改。该系统在济钢鲍德彩板有限公司应用以后，运行效果良好，为今后总公司的自动化设备（不同厂家的网络通讯）提供了一个成功。

1 引言

可编程控制器是以微处理器技术为基础，综合了计算机技术、自动化技术和通讯技术的一种新型工业控制装置。其性高、耐恶劣环境能力强、使用为方便等特点，与机器人技术、cad/cam并列称为工业生产自动化的三大支柱。它是上世纪60年代发展起来的被国外称为“国家三大支柱”的工业自动化理想控制装置，是近年来发展为，运用面广的工业控制装置，现已广泛运用于自动化的各个领域。

2 可编程序逻辑控制器（plc）

plc 英文名programming logic controller即可编程序逻辑控制器，是早于汽车制造行业应用并发展起来的一项技术，用于代替继电器完成机器和设备的自动控制，它的大的特点是可编程，即根据控制逻辑和控制要求的变化可重新编制程序，而不用象继电器线路一样需要重新换原器件和重新接线。今天plc已集成了许多计算功能、通信功能、完成特殊控制功能的功能模块如位置控制、速度控制、过程控制等，并具有了与计算机系统的集成和连网的能力，plc自发明以来在工业自动化、交通控制、电力运输、楼宇自动化等领域得到了广泛的应用。

3 plc发展历史

自1969年世界上台可编程控制器在美国dec公司诞生以来，plc走过了30余年的发展历程。回顾其发展历程，可将plc技术分为3个阶段：

（1） 传统plc阶段。它是plc的初阶段，也是现代plc的基础。

工作原理

plc的工作原理是：读取输入接点的状态→然后执行程序→然后根据程序的执行刷新输出接点的状态→然后再读取输入接点的状态→读取输入接点的状态，如此循环执行。

由plc的工作原理可以看出：从输入端的信号状态发生变化到输出端的信号变化，中间需要执行程序（用户程序、系统程序），程序的执行需要时间，而且这个时间是不可预测的，在某些应用场合这是不允许的，如位置控制、速度控制、需要高速响应的控制，这就使得plc在这些场合不能使用或需配置昂贵的模块。plc系统的是微处理器（cpu），为防止系统程序跑飞，产生误动作，采取一系列硬件和软件的措施去克服这一问题，同时由于plc使用的是梯形图语言，系统本身带有功能强大的编译器，这样就使得plc构成的系统具有较高的价格。而且程序跑飞、编制的程序出现死循环等依然是存在的隐患问题。

（2） open plc阶段。open plc又称pc base plc、soft plc，是近几年提出的一种概念，它是基于开放式pc平台和开放式开发软件的plc，它能方便的与其他软件集成及网络集成。

open plc只是在它的开发环境方面提出了一个新的概念，即开放性、标准化，它的运行原理方面与传统plc相比具有实时多任务运行机制，但仍然是基于程序执行这样的基础。因此它并没有从根本上解决传统plc存在的问题，在其实现的系统中依然存在。

（3） 现场集成阶段。也就是hard plc阶段，它是一个全新的代名词，也是一个plc的新发展动向。它采用现代可编程逻辑器件cpld/fpga（complex programmable logic devices & field programming gate array）作为硬件平台，采用eda（electronics design automation）开发工具配与硬件描述语言hdl（hardware debbbbbbion lange）做为开发软件平台，象传统plc一样它同样是可编程的。

hard plc则抛弃了传统plc“程序”的概念，以“硬件线路”来实现控制功能，而编程改变的也只是其芯片内部的硬件连接，而不需运行软件程序，因此自然没有程序跑飞、开机复位及自带语言编译器等问题，其完成的功能与传统plc相同，而系统的造价仅是传统plc系统的十分之一，甚至少。在硬件线路运行时所有的信号是并行运行的，而且信号的路径是可知的，信号传输的时间是可预测的，所以可用于控制的需要，如位置控制、速度控制、信号处理、图像处理、高速机械等。它从根本上解决了传统plc存在的不足，代表了传统plc的终发展方向。

4 plc的发展趋势

随着微处理器技术、大规模集成电路技术和数字通讯技术的进步和发展，可编程序控制器也得到了发展，其功能已远远出了其定义所指的范围，其概念也日趋模糊，现代可编程控制器的发展趋势主要有以下几个方面：

（1） 用器件，尽量缩小与工业控制计算机之间的差距。例如，德国festo公司的ipc（industrial pc）由一系列符合工业标准的模块组成，它与微机兼容且具有plc的功能。

（2） 丰富i/o模块，使plc在实时性、精度、分辨率、人机对话等性能方面进一步得到改善和提高。

（3）进一步强化网络功能，以实现信息管理自动化。例如ipc型控制器具备多种现场总线接口。如festo总线、profibus、as-i、can等，以及各种网络连接模块，如novell等，从而使plc与plc、plc与pc、plc与现场设备之间建立通讯联网。

（4）多种编程语言并存，互补不足。ipc型控制器除了采用梯形图、指令表编程以外，还可以用iec1131规定的用于顺序控制的标准化语言以及c、basic等计算机语言进行编程。

（5） 硬件结构集成化、冗余化。随着集成电路（asic，application specific integratedcircuits）和表面安装技术（smt，surface-mout technology）在plc硬件设计上的运用，使得plc产品硬件元件数量少，集成度高，体积小，其性高。同时，为了进一步提高系统的性，plc产品还采用了硬件冗余和容错技术。用户可以选择cpu单元、通信单元、电源单元或i/o单元甚至整个系统的冗余配置，使得整个plc系统的性得以进一步加强。

5 可编程控制器现场集成技术研究的意义

现行的可编程控制器均是由专门的生产厂商设计生产的，用户选用他们提供的控制器时，可能只用到它的部分功能，会造成一定的资源浪费，而且控制器价格高，不经济。而使用现代可编程逻辑器件来实现具有如下优点：

（1） 用户可以根据需要设计控制器的功能，不会造成太大的资源浪费;而且不用带自身的编译器，从而大大降低了系统的价格。

（2）用户逻辑和接口部分可以做在同一个器件内，因而让接口和用户逻辑紧密地结合;用fpga/cpld芯片组成的系统，很自然地避开cpu的程序跑飞、死循环、复位不等缺点，采用过多措施就能使系统具有很高的性。

（3）fpga作为控制器的，其灵活的现场可改性、可再配置能力，对系统的各种改进非常方便，在不改硬件电路的基础上可以进一步提高系统的性能，也就是完成硬件的在系统升级;在线编程是fpga/cpld的特点，它改变芯片外部i/o口的连接线，可直接在用户自己设计的目标系统中或线路板上对fpga/cpld器件编程，这就了使用一般数字器件和plc先设计后装配的惯例，而可以先装配后编程，用在实际系统后还可以反复编程，从而开创了数字电子系统设计技术的新一页。此外，还可以通过红外线编程、声波编程或通过电话线、internet进行在线编程。这些功能在远控或军事领域上有特殊的用途。

（4）fpga的性能价格比很高，用它实现的控制器的价格，几乎只是和它具有相同输入/输出端子市售可编程控制器价格的十分之一;而且其逻辑实现是并行工作的，其速度远远大于plc，这在实时系统中是非常有优势的。

（5）它抛弃了传统plc“程序”的概念，以“硬件线路”来实现控制功能，在硬件线路运行时所有的信号是并行运行的，而且信号的路径是可知的，信号传输的时间是可预测的，所以可用于控制的需要，如位置控制、速度控制、信号处理、图象处理、高速机械等。

从以上优点我们可以看出，基于fpga/cpld的hard plc能经济、稳定、方便地适应用户的需求，而且其实时性、灵活性远远传统的可编程控制器（plc）。因此，可编程控制器的现场集成技术应用非常广阔，具有很强的工程实用。