摘 要：簡(jiǎn)述了Profibus-DP總線技術(shù)和特點(diǎn)。以濟(jì)鋼三煉鋼板坯連鑄機(jī)Profibus-DP總線結(jié)構(gòu)為例，講解了Profibus-DP在變頻器控制系統(tǒng)中的應(yīng)用。 關(guān)鍵詞：現(xiàn)場(chǎng)總線、Profibus-DP、變頻器 1、概述 Profibus是一種國(guó)際化的開(kāi)放式現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)，即EN50170歐洲標(biāo)準(zhǔn)和IEC61158國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的一部分。并且，在2001年12月成為我國(guó)的現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)。Profibus由Profibus-FMS（Fieldbus Message Specification），Profibus-PA （Process Automation）和Profibus-DP（Distributive Peripheral）三部分組成。其中，Profibus-DP具有高速傳輸、價(jià)格低廉等特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)起來(lái)比較簡(jiǎn)單，主要用于分散設(shè)備間的數(shù)據(jù)高速傳輸。該總線物理層采用RS485傳輸方式，傳輸速率可達(dá)9.6kbps至12Mbps。一般用于自動(dòng)化控制系統(tǒng)和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備之間的通信。可以滿足全數(shù)字交直流調(diào)速系統(tǒng)對(duì)于時(shí)間快速響應(yīng)要求。目前80%以上的Profibus應(yīng)用基于Profibus-DP。 基于Profibus-DP現(xiàn)場(chǎng)總線的控制系統(tǒng)與以前的集散型控制系統(tǒng)（DCS）相比,具有很多優(yōu)越性，如： （1）采用雙絞線、光纜或無(wú)線電方式傳送數(shù)字信號(hào)，從而大量削減現(xiàn)場(chǎng)儀表與控制室之間一對(duì)一連接的導(dǎo)線，節(jié)省安裝費(fèi)用，提高可靠性和抗干擾能力，增強(qiáng)控制精度，信息傳輸速率可達(dá)1-12Mb/s，傳輸距離可達(dá)數(shù)公里。 （2）由于采用了統(tǒng)一的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，不同廠家的產(chǎn)品在硬件、軟件、通信標(biāo)準(zhǔn)、連接方式等方面互相兼容，使系統(tǒng)具有開(kāi)放性，這對(duì)用戶的操作、維修、擴(kuò)展都是十分有利的。 （3）由于現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備本身可完成自動(dòng)控制的基本功能，導(dǎo)致現(xiàn)場(chǎng)總線已構(gòu)成一種新的全分布式控制系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)。從根本上改變了現(xiàn)有DCS集中與分散相結(jié)合的集散控制系統(tǒng)體系，簡(jiǎn)化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，提高了可靠性。許多控制功能從控制室移至現(xiàn)場(chǎng)儀表，大量過(guò)程檢測(cè)與控制的信息就地采集、就地處理、就地使用，在新的技術(shù)基礎(chǔ)上實(shí)施就地控制，使過(guò)程控制基本分散到現(xiàn)場(chǎng)，而控制室內(nèi)的儀表裝置主要完成數(shù)據(jù)處理、監(jiān)控、優(yōu)化控制、協(xié)調(diào)控制和管理自動(dòng)化功能。 （4）開(kāi)放式系統(tǒng)：系統(tǒng)分層分級(jí)集成，設(shè)計(jì)靈活，網(wǎng)絡(luò)可采用多種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。 2、Profibus-DP的變頻器控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 現(xiàn)以濟(jì)鋼三煉鋼板坯連鑄機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)為例介紹現(xiàn)場(chǎng)總線的組成。濟(jì)鋼三煉鋼板坯連鑄機(jī)基礎(chǔ)自動(dòng)化控制系統(tǒng)配置采用德國(guó)SIEMENS 公司的S7系列產(chǎn)品，組成儀控合一的基礎(chǔ)自動(dòng)化控制級(jí)（L1級(jí)），用于主PLC與從PLC之間相互通訊，使之現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備正常運(yùn)行的媒介——PROFIBUS總線。PROFIBUS總線在板坯連鑄機(jī)系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛，在設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中顯示出了它強(qiáng)大的穩(wěn)定性能和可靠性。 作為Profibus-DP網(wǎng)的典型配置如圖1所示，PLC（SIMATIC S7-300或S7-400系列）作為一級(jí)DP主站，他負(fù)責(zé)在預(yù)定的信息周期內(nèi)循環(huán)與從站交換信息，發(fā)送控制信息，讀取從站的狀態(tài)等，組態(tài)軟件Wincc作為二級(jí)DP主站，用于操作與監(jiān)控。MM440變頻器加上CB通訊板（Profibus通訊模塊）后作為從站，這樣的從站可帶32個(gè)。如果使用中繼器，最多可達(dá)127個(gè)從站。MM 440是MICROMASTER 4系列變頻器中的頂尖機(jī)型。有精確的控制性能，適應(yīng)多種工業(yè)應(yīng)用場(chǎng)合。除了包含有MM 420所具有的安裝簡(jiǎn)便和用戶界面友好的優(yōu)勢(shì)外,還具有快速的輸入響應(yīng)，優(yōu)化的矢量控制特點(diǎn)。另外由于內(nèi)置制動(dòng)單元，使變頻器在制動(dòng)和減速方面, 具有優(yōu)良的功能品質(zhì)。 [align=center] 圖1 Profibus-DP網(wǎng)的總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)[/align] 3、通過(guò)Profibus-DP數(shù)據(jù)通訊 在變頻器現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)中，Profibus-DP的通訊協(xié)議的信息幀分為協(xié)議頭、用戶數(shù)據(jù)和協(xié)議尾。用戶數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)被指定為參數(shù)過(guò)程數(shù)據(jù)對(duì)象（PPO），有的用戶數(shù)據(jù)帶有一參數(shù)區(qū)域和一過(guò)程數(shù)據(jù)區(qū)域，而有的用戶數(shù)據(jù)僅由過(guò)程數(shù)據(jù)組成。變頻傳動(dòng)概要定義了5種PPO類型，如圖2所示。 [align=center] 圖2 Profibus-DP信息幀中用戶數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)[/align] MICROMASTER 4僅支持PPO型1和型3。參數(shù)值PKW是變頻器運(yùn)行時(shí)要定義的一些功能碼，如最大頻率、基本頻率、加/減速時(shí)間等。過(guò)程數(shù)據(jù)PZD用來(lái)傳輸控制字和設(shè)定值（主——-變頻器）或狀態(tài)字和實(shí)際值（變頻器——-主）等輸入/輸出的數(shù)據(jù)值。 MICROMASTER 4系列變頻器與SIMATIC S7-300通訊，必須完成下列變頻器功能碼的設(shè)置：P918（Profibus地址）設(shè)定值可以是1-125，P1000（頻率設(shè)定值的選擇）=6（CB通訊板），P2041.00（CB參數(shù)）=3（PPO3），P2040（CB停止報(bào)文時(shí)間）>0，P0927（修改參數(shù)的途徑）=1（COMMS模板），P700（選擇命令源）=6（Profibus/Fieldbus通訊鏈路的現(xiàn)場(chǎng)總線）。 采用SIMATIC S7-300系列的CPU315-2DP作為DP主站，CPU315-2DP系統(tǒng)本身具有Profibus-DP接口，無(wú)需另外的通訊接口單元。在編程軟件STEP7中完成硬件網(wǎng)絡(luò)組態(tài)，為變頻器分配網(wǎng)絡(luò)地址，該地址必須與變頻器CB板中設(shè)置的相同，在組織塊OB中選用SFC14"DPRD_DAT"、SFC15"DPWR_DAT"系統(tǒng)功能塊向變頻器的CB模塊接收/發(fā)送過(guò)程數(shù)據(jù)，如圖3所示。要注意的是MICROMASTER 4系列變頻器與以前的MICROMASTER 3系列變頻器的控制字是不同的。 [align=center] 圖3 PLC與CB板之間的通訊[/align] 工業(yè)組態(tài)軟件WinCC提供各種PLC的驅(qū)動(dòng)程序，本文實(shí)例要建一個(gè)Profibus-DP的二級(jí)主站，所以選擇支持S7協(xié)議的通訊驅(qū)動(dòng)程序SIMATIC S7 Protocol Suite，在其中的“PROFIBUS”下連接一臺(tái)S7-300，設(shè)置參數(shù)必須與PLC中的設(shè)置相同。通過(guò)以上步驟，即完成了對(duì)整個(gè)變頻器控制系統(tǒng)Profibus-DP網(wǎng)的組態(tài)與通訊。 結(jié)束語(yǔ)： 現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)作為新一代控制系統(tǒng)是分散控制型控制系統(tǒng)的繼承、延伸和進(jìn)一步發(fā)展，更適合于工廠綜合自動(dòng)化的要求。采用Profibus-DP現(xiàn)場(chǎng)總線的變頻器控制系統(tǒng)，將增強(qiáng)整個(gè)系統(tǒng)的可靠性，而且可根據(jù)工藝需要進(jìn)行靈活的功能修改，從而在長(zhǎng)期意義上大大的節(jié)約了成本。