西门子PLC S7—400与SINAMICS S120通讯的实现

【摘要】本文介绍西门子PLC与SINAMICS变频器应用PROFIBUS DP通讯协议，使用PROFIBUS网络进行通讯的方法，并给出了采用S7-400系列PLC及S120变频器通讯实现的具体配置与软件编制。

【关键词】S7-400；SINAMICS S120；通讯；编程

1、引言

在工业自动化控制系统中，最为常见的是PLC和变频器的组合应用。变频器作为一种控制拖动的装置系统在冶金等行业的运行越来越广泛，随着工业自动化程度的不断提高，通过网络通讯的方式进行数据的交换越来越普遍，PLC作为企业自动化控制的中心枢纽，在设备的自动化方面已经不可缺少，PLC与变频器的通讯功能的实现，为自动化程度的提高向前迈了一大步，通过PROFIBUS DP网线实现通讯功能，由PLC将信号传输给变频器实现控制电机的运转功能。本文结合西门子S7-400系列PLC与SINAMICS S120变频器为例，浅谈它们之间的网络通讯功能。

SIMATIC S7-400是用于中、高档性能范围的可编程序控制器。模块化及无风扇的设计，坚固耐用，容易扩展和广泛的通讯能力，容易实现的分布式结构以及用户友好的操作使SIMATIC S7-400成为中、高档性能控制领域中首选的理想解决方案。

SINAMICS是西门子公司新一代的驱动产品，它将取代现有的MASTERDRIVES及SIMODRIVE系列的驱动系统、SINAMICS系列中的SINAMICS S120是集V/F控制、矢量控制、伺服控制为一体的多轴驱动系统，具有模块化的设计。各模块间通过高速驱动通讯接口DRIVE-CLIQ相互连接。

2、硬件组态

2.1 PROFIBUS DP总线

PROFIBUS DP是一种高速低成本工业现场总线，用于设备级控制系统与分散式I/O的通信。使用PROFIBUS DP可取代办24VDC或4-20mA信号传输。PROFIBUS DP用于现场层的高速数据传送，主站周期地读取从站的输入信息并周期地向从站发送输出信息。总线循环时间必须要比主站（PLC）程序循环时间短。除周期性用户数据传输外，PROFIBUS DP还提供智能化设备所需的非周期性通信以进行组态.诊断和报警处理。PROFIBUS是一种用于工厂自动化车间级监控和现场设备层数据通信与控制的现场总线技术。可实现现场设备层到车间级监控的分散式数字控制和现场通信网络，从而为实现工厂综合自动化和现场设备智能化提供了可行的解决方案。

S7-400与SINAMICS S120之间通过PROFIBUS DP总线可进行周期性及非周期性数据通讯。使用标准S7功能块SFC14/SFC15，S7-300/400PLC通过PROFIBUS周期性通讯方式可将控制字1（CTW1）和主设定值（NSERP_B）发送至驱动器，使用标准S7功能块SFC58/SFC59，可以实现非周期性数据交换，读取或写入驱动器的参数，通常是在需要改变参数值时，才进行读写操作。

2.2 PROFIBUS DP地址设置

变频器S120地址设置，有两种方式：

1、通过CU320模块上的拨码开关设置地址，地址设置有效值为1～126。注意：通过拨码开关改变地址时应断掉变频器电源。

2、拨码开关全部拨到OFF或ON状态时可以利用参数P918设置地址，否则P918参数中设置的地址是无效的。变频器的PROFIBUS通讯波特率默认为：1.5Mbps。

3、软件编程

3.1 报文结构

在Starter软件里设置PROFIBUS通讯报文格式，例如：SIEMENS message frame 105 PZD10/10，点击Transfer to HW configuration，PLC中就选择了同样的报文格式，同时为变频器的整流模块及电机模块分配地址。编写程序时使用这些地址便可访问变频器，实现通讯功能。

3.2 用PROFIBUS DP总线对电机实现起、停控制及速度给定

3.2.1 周期通讯

S7-400PLC通过PROFIBUS DP网周期性通讯方式将控制字1（CTW1）和主设定值（NSETP_B）发送至驱动器。

1、控制字中Bit0做电机的起、停控制。

2、主设定值为速度设定值，频率设定值和实际值要经过标准化，使得4000（十六进制）对应于50Hz，发送的最高频率（最大值）为7FFF。可以再P2000中修改标准化频率，及参考频率（缺省值为50Hz）。

3、当组态的报文结构PZD=2或自由报文999时，频率设定值为一个字，在S7-400中可用“MOVE”指令进行数据传送；当组态的报文结构PZD>2，频率设定值为两个字时，在S7-400中对PZD（过程数据）读写参数时需调用SFC14和SFC15系统功能块。本例中使用SFC14与SFC15接受和发送数据。

SFC14（“DPRD_DAT”）用于读PROFIBUS从站的数据

SFC15（“DPWR_DAT”）用于将数据写入PROFIBUS从站

其中，EN为使能位，LADDR位为变频器地址，RECORD为相应DB块地址，eg：P#DB142.DBX 0.0 BYTE 64为DB142从第0位开始的64个字节。RET_VAL为返回值。PLC通过周期通讯将控制字和主设定值发送给变频器，控制变频器的起、停及速度给定。

3.2.2 非周期通讯

S7-400PLC通过PROFIBUS非周期性通讯方式读取参数需使用SFC58和SFC59两个功能块。使用SFC58/59可以交换大量的用户数据（最多240bytes）。用扩展PROFIBUS DP功能可以实现非周期性数据交换。传输数据块的内容应遵照非周期参数通道结构。

控制变频器运行通过先发送典型控制字047E再发送047F（Bit0的信号边沿：ON）实现。

停止变频器通过发送典型控制字047E（Bit0的信号边沿：OFF）实现。

读取变频器状态字及频率实际值：PLC接收状态字1（STSW1）与变频器传来的频率实际值（NACT_B）。

4、结论

通过以上举例讲述，以PROFIBUS DP为基础的PLC与变频器之间的通讯协议，在企业中得到越来越广泛的应用，其还可以实现在线监控功能，实时了解和掌握变频器等设备运行的状况，与传统方法相比，具有简单、高效、准确等优点，PLC与变频器通讯的应用已经成为控制电机调速的主要手段。

参考文献

[1]廖常初.S7-300/400 PLC应用技术[M].北京：机械工业出版社，2008.

[2]刘美俊.西门子S7系列PLC的应用与维护[M].北京：机械工业出版社，2008.

[3]陈洁.案例解说PLC、触摸屏及变频器综合应用[M].北京：中国电力出版社，2007.

作者简介

李文波（1984.10- ）：男，汉族，河北迁安人，大学本科学历，首钢京唐公司，助理工程师，主要从事自动化仪表专业工作。