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1 引言
隨著現場總線技術的不斷發展，越來越多的生產廠家推出具有網絡通訊能力的裝置，以使在共同的協議下，使不同廠家的產品在同一系統中的應用簡單化，易于優化系統，實現系統的最佳配置。PROFIBUS是為工業應用設計開發的一種開放的標準通訊協議，運用在分布式I/O系統中，站與站之間用一根串行總線連接，取代了傳統的繁瑣連線，而且總線波特率達到12M，它已被全球許多制造商開發、采用。
在青山汽車傳動器性能試驗臺設備的設計中運用了PROFIBUS現場總線方式。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速器作為從站的分布式I/O系統進行數據通訊，完成調速工作。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是否合格的設備。設備采用一臺直流電動機作為主驅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控制直流調速器實現對電機速度、力矩控制，即實現了對汽車傳動器的輸入輸出軸的速度、轉矩控制，人機界面完成速度、力矩的設定和顯示。
2 硬件結構
調速部分采用三菱AnS PLC作主站，三個ABB 直流調速器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公司的直流調速器PROFIBUS 適配器模塊NPBA-02連接起來，實現PLC對調速器的控制。主從站方式使PLC與調速器間的控制簡單、快速、穩定。
顯示部分采用三菱電機的A970GOT-TBA用于數據設定，數據顯示，以及完成各種手動動作，可節約按鈕空間。觸摸屏則與PLC主基板相連，簡單經濟。
3 軟件設計
圖1 網絡配置圖
(1) 網絡配置
實現PROFIBUS網絡通訊，需在軟件中定義硬件配置。A1SJ71PB92D模塊提供的軟件PRIMAP是配置硬件網絡的軟件平臺。
定義網絡分為三部分：
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據文件, 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。直流調速器的PROFIBUS適配器NPBA-02，是使直流調速器作為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，其中網路的通訊速度要和從站設定的速度保持一致。
Define I/O-Slaves：（如圖1所示）定義網絡
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文件設定站號及對模塊進行設置。如果是輸入輸出從站定義輸入輸出通訊的字節數。本系統中，從站設置為Slave1、Slave2、Slave3；模塊設置需選擇調速器的PPO（參數過程數對象）方式，選擇方式5。該方式可以通過PZD（過程數據組）傳輸適配器中10個字到PPB92D模塊中。
所有參數設置完成后，將配置下傳到模塊中完成網絡設置。
(2) 數據傳送
首先在直流調速器中將要傳送的控制字、狀態字、速度給定、速度實際值、轉距給定、轉距實際值等參數分別定義到適配器的接受數據字和發送數據字中，這些數據即為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字；速度給定定義為PZD4，速度實際值定義為發送數據字4等，這樣共可定義10個相互傳送的字。
然后在GOT中設定各擋速度、力矩等參數，數據傳送到CPU中，CPU將轉速轉換成調速器的給定值，再發送到A1SJ71PB92D模塊的Buffer memory（存儲區）的Input/Output image（輸入/輸出映象區）內。Buffer memory給每個從站在輸入區域輸出區域分別設置了32 Bytes（16 words）的數據存儲區。按照 Buffer memory address（存儲區地址）可查詢到接收和發送的數據，一個模塊最多可以帶60個從站。如圖2所示。
圖2 參數通訊示意圖
本設備中帶有三個從站。從站1的Input area address（輸入存儲區的地址）為：000~015；Output area address（輸出存儲區的地址）為：960~975；從站2的Input area address（輸入存儲區的地址）為：016~031；Output area address（輸出存儲區的地址）為：976~992；從站3的Input area address（輸入存儲區的地址）為：032~048；Output area address（輸出存儲區的地址）為：993~1008。通過程序調用可實現數據傳送。
首先PROFIBUS模塊初始化：PROFIBUS模塊地址為12。
TO指令將數據從CPU發送到調速器中：
FROM指令將數據從調速器取出至CPU中：
D400-D410、D420-D430、D440-D450分別存儲了主驅動電機、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。傳送到直流調速器中實現電機變速、加載工作。
D300-D310存儲了從調速器發送的實時數據，這些數據經過CPU轉換，傳送到GOT上實時顯示各擋電機轉速、力矩值。
但是，在實際數據傳送中筆者遇到三菱PLC數據存儲格式與ABB直流調速器數據存儲格式有所不同的問題，如圖3所示。
圖3 存儲格式不同
兩字節在各自產品存儲位置相異，所以在數據傳送前必須進行一次軟件中的高低字節交換（SWAP指令），這樣即可完成數據的正確通訊。
4 結語
在傳動器性能試驗臺設備中由于要求速度控制嚴格，兩輸出軸同步性能高，而且當主驅動電機驅動傳動器運轉時，兩加載電機作為發電機對傳動器進行加載，加載能量變成電能要回饋電網，所以選擇了ABB四象限直流調速器進行控制。而三菱PROFIBUS-DP模塊實現了三菱Ans PLC與調速器間PROFIBUS通訊的可能，使數據簡單，快速，可靠的進行傳送。實現了理想的組合。
該設備已穩定運行兩年多，未出現任何較大故障，得到廠家及專業行家的一致好評。
北京市公安局海淀分局備案號：11010802023656號