PROFIBUS总线在烟箱输送线上的应用

1 引 言

    本文以烟箱输送系统介绍西门子profibus现场总线控制系统，输送系统实现四台封箱机后成品烟箱的合流、输送、提升，将烟箱输送至成品高架仓库入库分拣输送线上。使用s7-315-2dp作为dp控制器，本地机架安装2组数字量输入输出模块，15台丹佛斯vlt2800变频器及现场6组et200b远程io模块通过dp总线接入plc，使用10.4″彩色触摸屏tp270通过mpi总线与plc连接，系统组成参见图1所示。

图1 系统组成

    打开硬件配置软件，插入cpu 315-2dp及profibus网络，设置dp主站参数：分配dp地址为2，诊断地址2047，波特率设为1.5mbps，操作模式设为dp主站模式。在dp网络上依次插入现场io模块et200b，分配总线地址(21～26)，诊断地址(2028～2023)，输入输出i(q)映像地址。在profibus网络上依次插入变频器vlt2800，分配总线地址(3～17)，地址(2046～2032)。选择变频器ppo协议类型1控制字，过程映像piq地址由4ax和2ax两个id模块组成。现场io模块和变频器的dp地址设置必须与plc的硬件组态分配的地址一致，诊断地址用于诊断dp从站的工作状态。

2 ppo协议

    ppo协议就是参数过程数据处理的简称，ppo协议实现dp主站和智能从站之间的快速数据交换，同时实现过程数据和参数数据存取。ppo协议由参数字pcv和过程字pcd组成，ppo类型1协议结构见表1。

    表1中，pca：参数号；ind：参数索引；pva：参数值；ctw：控制字；stw：状态字；mrv：设定速度(单位为百分比)；mav：实际速度。使用参数字pcv设定或读取变频器参数值；使用过程字pcd控制变频器的启停、速度设定、读取变频器的状态、获取输出频率。

    丹佛斯vlt2800标准控制和状态字见表2。

3 dp从站诊断

    当dp系统启动、或主站的故障组织块ob82(ob86)检测到dp从站发生错误(或使用手动诊断功能)时，主站必须及时获得从站的状态及故障信息。dp从站的诊断数据记录的0～2字节数据为从站的状态信息，字节3以后的数据为从站的主站号、制造商id、及该设备状态信息。

    建立dp从站状态共享数据块db103，建立从站ng、ok状态及诊断数据记录rec数组变量，插入dp从站诊断程序功能块fb102和数据块db102。建立从站诊断dia_all、从站地址指针inx_sta、从站数目sta_qut、从站诊断首地址等变量，从站诊断请求dia_req、从站忙dia_busy、诊断返回值dia_ret、错误计数器err_cnt、从站诊断数据记录dia_rec等静态变量。

    使用stl语言编写诊断程序，便于使用地址寄存器ar1(ar2)编写循环(条件跳转)程序，流程图见图2所示。执行从站诊断时，从站诊断标志置位，根据从站地址指针、从站诊断首地址计算出该从站的诊断地址，同时将错误计数器复位，从站诊断请求置位。调用系统功能块sfc13读取dp从站的诊断数据，dp诊断可能需要多次调用sfc13功能块才能完成。从站诊断完成，从站忙标志为0时，根据诊断返回值数值判断该从站诊断是否正确完成。当发生错误时，错误计数器加1，继续执行本从站诊断3次；当该从站诊断正确完成时，根据数据记录数据和上述dp从站状态信息表，判断该从站处于ok或ng状态，并将ok状态、ng状态、有用的诊断数据写入从站状态数据块db103相关的数组中。[page]

图2 dp从站诊断流程图

    当该从站诊断正确完成，或发生错误重新诊断3次时，从站地址指针加1，进行下一从站的诊断，所有从站诊断完毕后，复位从站诊断标志。

4 读写变频器智能从站

    智能从站分配的地址为过程映像pi(或pq)，是连续性数据，必须注意读写数据的连续性。对于4字节及以下的连续性数据，如上述组态图中的2ax模块，可以使用(双字)装载或(双字)传送指令读写。对于4字节以上的连续性数据，如上述组态图中的4ax模块，不能使用两个双字装载或传送指令分两步读写，只能使用系统功能块sfc14读取从站的连续性数据，sfc15写入连续性数据到从站。

    变频器的过程字pcd(ppo类型1)，使用双字装载指令[l pid432 md532]，获取变频器的常用状态信息及实际输出频率；使用双字传送指令[t md632 pqd432]，控制变频器的启停及设定频率，注意频率为最大频率的百分比，其数值为16384时，表示100%。

    变频器的pcv参数字，如上述组态图中的4ax模块，使用系统功能块sfc14和sfc15读写。首先确定需要读写(如电机电流、电机电压、变频器温度、报警字、加速时间等)参数的参数pnu号及子索引ind号。依次为每个变频器创建数据块db41-55，建立读参数数据记录parr_rec、写参数数据记录parw_rec及参数数据存放par_data数组变量。

    创建功能块fb100和数据块db100，建立变频器地址指针inx_vlt、变频器数量vlt_qut、变频器起始数据块db_int、变频器piq首地址piq_int，变频器piq地址piq_add、参数指针inx_par、参数条目数par_qut、错误计数器err_cnt等变量。建立读写参数命令组ary_cmd及正确响应信息组ary_rpok静态数组变量，将读写参数的命令数据赋值给参数命令组ary_cmd数组变量，将对应的正确响应信息赋值给正确响应组ary_rpok数组变量。建立sfc14正确响应信息变量par_rpok、sfc15写返回值ret_wrt、sfc14读返回值ret_read变量。

    使用stl语言编写程序，流程图见图3所示。打开数据块db103，根据变频器地址指针，获取本从站的工作状态。如果该站工作正常，就读写该变频器参数；否则，变频器地址指针加1，读写下一台变频器参数。

 

图3  智能从站读写流程图

    打开该变频器数据块，根据变频器地址指针计算从站的piq地址。根据参数指针从静态读写参数命令数组中获取读写参数数据记录，从正确响应数组中获取正确响应信息。调用系统功能块sfc15写连续性数据。当sfc15指令执行完成后，根据写返回值分析写数据是否正确完成，如果发生错误，继续执行sfc15指令3次。sfc15指令正确执行完成后，读参数或写参数需要响应信息时，调用系统功能块sfc14读连续性数据，并将响应数据写入读参数记录变量中。根据读返回值、读参数记录数据和正确响应数据比较，分析读写参数是否正确，当读写参数发生错误时，继续读写本参数3次；当参数正确读出时，将数据写入变频器数据块的参数数据数组变量中。

    当本参数正确读写完成，或发生错误3次时，参数指针加1，继续读写下一个参数，直至读写完本变频器的所有参数。当变频器所有参数读写完成后，变频器地址指针加1，继续读写下一台变频器参数，直至读写完所有变频器。

5 结束语

    烟箱输送总线控制系统运行一年多来，各项性能指标达到了设计要求，运行稳定可靠，受到用户好评。西门子profibus现场总线系统具有传输速度快、连接站点数多、稳定可靠(可组成安全冗余系统)，具备强大的诊断功能，运行维护成本低，支持dp协议设备众多的优势，必将在自动化控制系统中得到广泛应用。