1 引言
随着现场总线技术的不断发展,越来越多的生产厂家推出具有网络通讯能力的装置,以使在共同的协议下,使不同厂家的产品在同一系统中的应用简单化,易于优化系统,实现系统的最佳配置。PROFIBUS是为工业应用设计开发的一种开放的标准通讯协议,运用在分布式I/O系统中,站与站之间用一根串行总线连接,取代了传统的繁琐连线,而且总线波特率达到12M,它已被全球许多制造商开发、采用。 在青山汽车传动器性能试验台设备的设计中运用了PROFIBUS现场总线方式。采用三菱电机的可编程序控制器作为主站,ABB公司的四象限直流调速器作为从站的分布式I/O系统进行数据通讯,完成调速工作。汽车传动器试验台是利用直流电动机分别模拟汽车发动机和车轮负载,对各挡进行模拟试验,检验传动器性能和各挡参数是否合格的设备。设备采用一台直流电动机作为主驱动电机与传动器输入轴相连,两台直流电动机作为加载电机与传动器两输出轴相连。PLC控制直流调速器实现对电机速度、力矩控制,即实现了对汽车传动器的输入输出轴的速度、转矩控制,人机界面完成速度、力矩的设定和显示。
2 硬件结构
调速部分采用三菱AnS PLC作主站,三个ABB 直流调速器DCS402作为三个从站。主从站间用串行总线连接,即将三菱电机的PROFIBUS-DP通讯模块A1SJ7PB92D和ABB公司的直流调速器PROFIBUS 适配器模块NPBA-02连接起来,实现PLC对调速器的控制。主从站方式使PLC与调速器间的控制简单、快速、稳定。 显示部分采用三菱电机的A970GOT-TBA用于数据设定,数据显示,以及完成各种手动动作,可节约按钮空间。触摸屏则与PLC主基板相连,简单经济。
3 软件设计

图1 网络配置图
(1) 网络配置 实现PROFIBUS网络通讯,需在软件中定义硬件配置。A1SJ71PB92D模块提供的软件PRIMAP是配置硬件网络的软件平台。 定义网络分为三部分: Device Database:在此处添加PRIMAP软件未提供的*.GSD文件。GSD文件是一个装置主数据文件, 该文件存储了主从工作方式的全部信息。作为DP从站的装置进行通讯,该文件是不可缺少的。直流调速器的PROFIBUS适配器NPBA-02,是使直流调速器作为DP从站工作在Ans主站中的硬件模板,且该模板同时也提供了一个NPBA-02.GSD文件,将它添加到Device Databate中。 Master Parameter:配置PB92D模块的参数,其中网路的通讯速度要和从站设定的速度保持一致。
Define I/O-Slaves:(如图1所示)定义网络 在总线上点击右键选择Insert DP-Slave会弹出Device Database界面,双击已添加的GSD文件设定站号及对模块进行设置。如果是输入输出从站定义输入输出通讯的字节数。本系统中,从站设置为Slave1、Slave2、Slave3;模块设置需选择调速器的PPO(参数过程数对象)方式,选择方式5。该方式可以通过PZD(过程数据组)传输适配器中10个字到PPB92D模块中。 所有参数设置完成后,将配置下传到模块中完成网络设置。
(2) 数据传送 首先在直流调速器中将要传送的控制字、状态字、速度给定、速度实际值、转距给定、转距实际值等参数分别定义到适配器的接受数据字和发送数据字中,这些数据即为PZD部分。如PZD1在主站传送到从站时为控制字,从站传送到主站为状态字;速度给定定义为PZD4,速度实际值定义为发送数据字4等,这样共可定义10个相互传送的字。 然后在GOT中设定各挡速度、力矩等参数,数据传送到CPU中,CPU将转速转换成调速器的给定值,再发送到A1SJ71PB92D模块的Buffer memory(存储区)的Input/Output image(输入/输出映象区)内。Buffer memory给每个从站在输入区域输出区域分别设置了32 Bytes(16 words)的数据存储区。按照 Buffer memory address(存储区地址)可查询到接收和发送的数据,一个模块最多可以带60个从站。如图2所示。

图2 参数通讯示意图
本设备中带有三个从站。从站1的Input area address(输入存储区的地址)为:000~015;Output area address(输出存储区的地址)为:960~975;从站2的Input area address(输入存储区的地址)为:016~031;Output area address(输出存储区的地址)为:976~992;从站3的Input area address(输入存储区的地址)为:032~048;Output area address(输出存储区的地址)为:993~1008。通过程序调用可实现数据传送。
首先PROFIBUS模块初始化:PROFIBUS模块地址为12。

TO指令将数据从CPU发送到调速器中:

FROM指令将数据从调速器取出至CPU中:

D400-D410、D420-D430、D440-D450分别存储了主驱动电机、左右加载电机要输入控制字、速度给定、力矩给定等工程参数。传送到直流调速器中实现电机变速、加载工作。 D300-D310存储了从调速器发送的实时数据,这些数据经过CPU转换,传送到GOT上实时显示各挡电机转速、力矩值。 但是,在实际数据传送中笔者遇到三菱PLC数据存储格式与ABB直流调速器数据存储格式有所不同的问题,如图3所示。

图3 存储格式不同
两字节在各自产品存储位置相异,所以在数据传送前必须进行一次软件中的高低字节交换(SWAP指令),这样即可完成数据的正确通讯。
4 结语
在传动器性能试验台设备中由于要求速度控制严格,两输出轴同步性能高,而且当主驱动电机驱动传动器运转时,两加载电机作为发电机对传动器进行加载,加载能量变成电能要回馈电网,所以选择了ABB四象限直流调速器进行控制。而三菱PROFIBUS-DP模块实现了三菱Ans PLC与调速器间PROFIBUS通讯的可能,使数据简单,快速,可靠的进行传送。实现了理想的组合。 该设备已稳定运行两年多,未出现任何较大故障,得到厂家及专业行家的一致好评。
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