毕业设计（论文）基于西门子PLC及其网络的交流调速系统设计.doc

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1、毕业设计（论文）院系名称：电子信息学院班 级：电子051学 号：学生姓名： 指导教师：2009年 5月摘要 近年来，交流变频调速技术在各行业的应用发展迅速。由于变频调速在调速范围、动态响应、低频转矩、功率因数、效率等方面是以往的交流调速方式无法比拟的，并且在节约能源、提高经济效益等方面都发挥了巨大作用。信息技术的飞速发展，引起了自动化系统结构的变革，使以网络为主干的自动化分布式控制系统成为行业趋势。所以基于网络控制的交流调速系统越来越广泛应用于工业生产中。本文主要论述基于西门子PLC及其网络的交流调速系统设计。设计用PLC控制MM440变频器的手动/自动控制方案。手动控制用端子控制方式，由外接

2、数字开关控制变频器的端子，以实现电动机的正转、反转、点动等，由外接的电位器控制MM440的频率，从而达到控制电动机转速的目的。自动控制采用网络控制方式，PLC和变频器之间采用PROFIBUS-DP通讯，PLC通过发送任务报文的形式来控制变频器的输出，通过接收应答报文的形式来监测变频器的状态。采用网络控制方式，简便可行，系统稳定，节约线缆，可实现远距离控制。网络控制在现代交流调速系统的应用中具有重要意义。关键字：PLC 变频器 通信网络 AbstractIn recent years, the AC frequency converter technology applications in v

3、arious industries have developed rapidly, Frequency control is better than the past AC frequency in some aspects, such as the speed scope, dynamic response, low-frequency torque, power factor, efficiency. And it plays a significant role in energy conservation,Improvement of economic results and so o

4、n. The rapid development of information technology has caused changes in the structure of automation systems, so that the distributed control system of automation which regards network as the background to become industry trends. Therefore, the AC speed governing system based on the network more and

5、 more widely used in industrial production. This paper discusses the AC speed governing systerm based on the SIEMENS PLC and its networks. It is to control the macromaster440 in manual / automatic way by S7-400PLC. The manual control mode is to control terminals. It not only can control the digital

6、switches from the external terminal of the inverter in order to achieve the motor s transfering, reversing, moving, alarming and so on, but also can control the MicroMaster440 by controlling the external potentiometer is to control the AC motors speed . The automatic control code is to control it in

7、 the way of networks. PLC and inverter can communicate by PROFIBUS-DP .PLC can control the inverters outputs by sending the assignment messages. And PLC can supervise the status of inverters by receiving the response messages . Network controlling is convenient, stable, saving, and to achieve the re

8、mote control .Network control have the great significance in the modern AC speed governing system.Key words: PLC inverter network-communication 目录1 引言11.1 PLC网络的概述11.2 国内外的技术现状11.3 研究方向21.4 本设计主要解决的问题22 通信网络32.1 工业通信网络结构32.2 SIMATIC NET工业通信网络解决方案32.3 S7-300/400的通信网络43 变频器63.1 变频器的基本结构63.2 变频器的控制方式73

9、.3 MM440变频器的功能83.3.1 频率给定功能83.3.2 保护功能93.4 MM440的通讯方式93.4.1 有效的数据字符93.4.2 USS协议123.4.3 PROFIBUS协议134 交流调速系统的设计与实现134.1 系统方案设计134.2 手动控制方案154.3 自动控制方案174.3.1 通讯网络的选择174.3.2 西门子变频器MM440参数的设置194.3.3 通讯的实现215 结论30参考文献31致谢321 引言1.1 PLC网络的概述随着控制、计算机、通信、网络等技术的发展，信息交换沟通的领域正在迅速覆盖从现场设备到控制、管理的各个层次。信息技术的发展引起了自动

10、化系统结构的变革，逐步形成了以网络集成自动化系统为基础的企业信息系统。现场总线就是顺应这一形式发展起来的一项新技术。现场总线是用于现场仪表与控制系统和控制室之间的一种全分散、全数字化、智能、双向、互联、多变量、多点、多站的通信网络。现场总线系统的开放性、互可操作性与互用性、现场设备的智能化与功能自治性、系统结构的高度分散性、对现场环境的适应性等技术特点，使得它在工业应用方面体现出了很大的优越性。（1） 可以节省硬件数量与投资（2） 节省安装费用和维护开销（3） 用户具有高度的系统集成主动权（4） 提高了系统的准确性与可靠性。 此外由于设备标准化和功能模块化，因而还具有设计简单，易于重构等优点。

11、随着PLC系统规模的不断扩大，技术的不断深化，PLC系统的可扩展和网络互连变得原来越普遍，甚至成为PLC应用系统的成败的关键技术和因素。1.2 国内外的技术现状由于技术和利益的原因，目前国际上存在着几十种现场总线标准，比较流行的主要有FF、CAN、DeviceNet、LonWorks、PROFIBUS、HART、INTERBUS、CC-Link、ControlNet、WorldFIP、P-Net、SwiftNet等现场总线。另外随着Internet的迅速发展，以太网已成为事实上的工业标准。以太网作为现场总线可以保证现场总线可持续发展，使现场总线技术和计算机网络技术的主流技术很好地融合起来，形成

12、现场总线技术和一般的计算机网络技术互相促进的局面。多种总线共存是不争的事实，每种总线都有其应用领域。但是太多存在差异的标准和协议，会给实践带来复杂性和不便，影响开放性和可互操作性。因而近几年里国际电工技术委员会/国际标准协会（IEC/ISA），开始准备tongyi8工作，减少现场总线协议的数量，已达到单一标准协议的目标。，从而实现按各家产品的互操作性。发展现场总线技术已成为工业自动化领域广为关注的焦点，国际上现场总线的研究、开发，使测控系统冲破了长期封闭系统的禁锢，走上了开放发展的道路，这对我国现场总线控制系统的发展是个极好的机会，也是一次严峻的挑战。我国在这一技术领域还刚刚起步，应高度重视了

13、解国际上该项技术的现状与发展方向，不时机地抓好我国现场总线技术与产品的研究与发展。1.3 研究方向 本论文研究西门子PLC与驱动装置之间的网络通信问题。以西门子PLC为主站，以S7-400PLC为主站，CP443-1通讯模块实现PLC与Ethernet的互联，MM440作为从站，通过PROFIBUS-DP总线与PLC总站通信。采用PROFIBUS-DP通信协议对变频器进行控制，从而驱动交流电动机按规定的任务运动。设计用S7-300/400PLC控制MM440变频器的手动和自动方案。要求手动用端子控制方式，即通过对MM440接线端子采用适当的连接方式，进行交流电动机的调速。自动用网络控制方式，网

14、络基于西门子PLC网络即采用PROIBUS和工业以太网技术，以S7-300/400PLC为主站，MM440为从站，以通讯的方式对交流电动机进行调速控制。交流调速的内容为：电动机的正转，反转，点动，频率等。1.4 本设计主要解决的问题交流变频调速系统广泛应用于现代工业生产中，而网络技术的发展为它提供了更好的发展前景。从现场设备、可编程控制器、I/O设备等硬件组件到操作系统、驱动设备以及人机接口、网络的应用可谓无处不在。网络通信的实时性和可靠性，以及网络故障的智能诊断和排除都成为工业网络通信关注的焦点。本设计主要解决西门子PLC与变频器的网络通信问题。通过手动端子控制变频器和自动网络通讯控制变频器

15、两种方案的对比，得出网络控制的优势：通过网络连接可以节省大量现场布线；PLC系统通过通讯方式式控制变频器，可以实现对变频器的最全面控制，同时PLC系统也实现了最大限度的读取变频器的内部状态。PLC系统通过通讯方式控制变频器，给变频器发送命令和速度信号，同时接收变频器内部状态字、故障字和报警字等信息。2 通信网络2.1 工业通信网络结构一般而言，企业的通信网络可划分为三级：企业级、车间级和现场级。（1）企业级通信网络 企业级通信网络用于企业的上层管理，为企业提供生产、经营、管理等数据，通过信息化的方式优化企业的资源，提高企业的管理水平。在这个层次的通信网络中，IT技术的应用十分广泛，如Inter

16、net和Intranet。（2）车间级通信网络 车间级通信网络介于企业级和现场级之间。它的主要任务是解决车间内各需要协调工作的不同工艺段之间的通信，从通信需求角度来看，要求通信网络能够告诉传递大量信息数据和少量控制数据，同时具有较强的实时性。对车间级通信网络，所使用的主要解决方案是工业以太网。（3）现场级通信网络 现场级通信网络处于工业网络系统的最底层，直接连接现场的各种设备、传感器、变送器、变频器与驱动等装置，由于连接的设备千遍万化，因此所使用的通信方式也比较复杂。而且，由于现场级通信网路直接连接现场的设备，网络上传递的主要是控制信号，因此，对网络的实时性和确定性有很高的要求。 对现场级通信

17、网络，PROFIBUS是主要的解决方案。同时，SIMATIC NET也支持诸如AS-Interface、EIB等总线技术。2.2 SIMATIC NET工业通信网络解决方案SIMATIC NET为工业控制领域提供了非常完整的通信解决方案，它包括工业以太网（IEEE802.3/802.3u），工业移动通信，PROFIBUS(IEC61158/EN50170)，AS-Interface和EBI总线。考虑到车间级网络和现场级网络的不同通信需求，SIMATIC NET在不同的层次提供了不同的解决方案。现场控制信号，如I/O传感器、变频器，直接连接到PROFIBUS-DP上，也可以连接到AS-Inter

18、face或EIB总线上，再通过转换器连接到PROFIBUS-DP上；控制器和控制室之间以及控制器之间的数据通信通过工业以太网来实现。使用SIMATIC NET，可以很容易地实现工业控制系统中数据的横向和纵向集成，很好地满足工业领域的通信需求。而且，借助于集成的网络管理功能，用户可以在上层网络中很方便地实现对整个网络的监控。2.3 S7-300/400的通信网络S7-300/400系列PLC支持多种通讯网络，其中常用的有以下几种：1. 通过多点接口（MPI）协议的数据通信 MPI是多点接口（Multi Point Interface）的简称，是当通信速率要求不高，通信数据量不大时，可以采用的一种

19、简单经济的通信方式。PLC通过MPI能同时连接运行STEP 7的编程器、计算机、人机界面（HMI）及其他SIMATIC S7、M7和C7。无需另外编写通讯程序，MPI接口通过西门子公司的通信卡如CP5512/CP 5611/CP 5613等直接与上位机通讯。通过MPI实现PLC到PLC之间通信有三种方式：全局数据包通信方式、无组态连接通信方式和组态连接通信方式。(1)全局数据包通信方式对于PLC之间的数据交换，只需关心数据的发送区和接收区，全局数据包的通信方式在配置PLC硬件的过程中，组态所要通信的PLC站之间的发送区和接收区，不需要任何程序处理，这种方式只适合S7-300/400PLC之间相

20、互通信。(2)无组态的连接通信方式无组态的MPI通信需要调用系统功能块SFC65SFC69来实现，这种通信方式适合于S7-300、S7-400和S7-200之间的通信。(3)组态连接通信方式在MPI网络中，对于这种通信方式只适合于S7-300/400以及S7-400/400之间的通信。在MPI网络上调用系统功能块通信，数据包长度最大为160字节。2. PROFIBUS PROFIBUS符合国际标准IEC61158，是目前国际上通用的现场总线标准之一。它采用ISO/OSI通信标准模型的第一层、第二层和第七层，提供了三种通信协议类型：DP、FMS和PA。(1)PROFIBUS-DP 使用了第一层和

21、第二层，这种精简的结构保证了数据的高速传送，特别适合可编程控制器与现场分散的I/O设备之间的通信(2)PROFIBUS-FMS 使用了第一层、第二层和第七层，主要用于系统级和车间级的不同供应商的自动化控制系统间传输数据，处理单元级（PLC和PC）的多主站数据通信，并为解决复杂的通信任务提供了很大的灵活性。(3)PROFIBUS-PA PROFIBUS-PA使用扩展的PROFIBUS-DP协议，用于过程自动化的现场传感器和执行器的低速数据传输，此外还描述了现场设备的特性的PA设备行规。使用DP/PA耦合器和DP/PA LINK很容易将PA设备集成到PROFIBUS-DP网络之中。另外，对于西门子

22、PLC系统，PROFIBUS提供了两种更为优化的通信方式：S7通信和S5兼容通信。(1)PROFIBUS-S7(PG/OP通信) 使用了第一层、第二层和第七层。特别适用于S7 PLC与HMI(PC)和编程器之间的通信，也可以应用于S7-300与S7-400、S7-400与S7-400之间通信。(2)PROFIBUS-FDL（与S5兼容通信） 使用了第一层、第二层。数据传输快，特别适合S7-300、S7-400和S5PLC相互之间的通信。3. 工业以太网 西门子的工业以太网（Industrial Ethernet）是用于工厂管理和单元层的通信系统，符合国际标准IEEE802.3，对于时间要求不是

23、太严格，需要传送大量数据的通信场合，可以通过网关来连接远程网络。它支持广域的开放型网络模型，可以采用多种传输媒体。传输速率为10/100Mbit/s，最多1024个网络节点，网络的最大范围为150km。在共享局域网（LAN）中，所有站点共享网络性能和数据传输带宽，所有的数据包都经过所有的网段，在同一时间只能传送一个报文。西门子的工业以太网由于采用交换式局域网，每个网段都能达到网络的整体性能和数据传输速率，在多个网段中可以同时传输多个报文。本地数据通信在本网段进行，只有指定的数据包可以超出本地网段的范围。它的全双工模式使一个站能同时发送和接收数据，不会发生冲突。4. 点对点连接点对点连接(Poi

24、nt-to-Point Connections)可以连接两台S7PLC和S5PLC，以及计算机、打印机、机器人控制系统、扫描仪和条码阅读器等非西门子设备。使用CP340、CP341和CP441通信处理模块，或通过CPU313C-2PtP和CPU314C-2PtP集成的通信口，可以建立起经济而方便的点对点连接。点对点通信可以提供的接口有20mA(TTY)、RS-232C和RS -422A/RS-485。点对点通信可以使用的通信协议有ASCII驱动器、3964(R)和RK512（只适用于部分CPU）。使用西门子的通信软件PRODAVE和编程用的PC/MPI适配器，通过PLC的MPI编程接口，可以很

25、方便地实现计算机与S7-300/400的通信。5. 通过AS-i网络的过程通信AS-i是执行器-传感器接口(Actuator Sensor Interface) 的简称，位于自动控制系统的最底端，特别适合于连接需要传送开关量的传感器和执行器。AS-i属于主从式网络，每个网段只能有一个主站。主站是网络通信的中心，负责网络的初始化，以及设置从站的地址和参数等。AS-i从站是AS-i系统的输入通道和输出通道，它们仅在被AS-i主站访问时才被激活。接到命令时，它们触发动作或者将现场信息传送给主站。DP/AS-i网关(Gateway)用来连接PROFIBUS-DP和AS-i网络。CP2413是用于PC（

26、个人计算机）的标准AS-i从站。CP342-2通信处理器是用于S7-300和分布式I/O ET 200M的AS-i主站，它最多可以连接62个数字量或者31个模拟量AS-i从站。通过AS-i接口，每个CP最多可以访问248个数字量输入和186个数字量输出。通过内部集成的模拟量处理程序，可以像处理数字量值那样处理模拟量值。在工程实践中，工业网络具有确定性、集成性、安全性、限制性、可靠性和实时性的特点，因而它在工业控制领域有着突出的优势。3 变频器3.1 变频器的基本结构变频器由主电路（包括整流器、中间直流环节、逆变器）和控制电路组成。变频器的基本结构如图3-1所示。图3-1 变频器的基本构成（1）

27、整流器 电网侧的变流器1是整流器，它的作用是把三相（也可以是单相）交流电整流成直流电。（2）逆变器 负载侧的变流器2为逆变器，最常见的结构形式是利用六个半导体主开关器件组成的三相桥式逆变电路。有规律控制逆变中主开关器件的通与断，可以得到任意频率的三相交流电输出。（3）中间直流环节 由于逆变器的负载为异步电动机，属于感性负载。无论电动机处于电动或发电制动状态，其功率因数总不会是1。因此，在中间直流环节和电动机之间总会有无功功率的交换。这种无功能量要靠中间直流环节的储能元件（电容器或电抗器）来缓冲。所以又常称中间直流环节为中间直流储能环节。（4）控制电路 控制电路常由于运算电路、检测电路、控制信号

28、的输入、输出电路和驱动电路等构成。其主要环节是完成对逆变器的开关控制、对整流器的电压控制以及完成各种保护功能等。控制方法可以采用模拟控制或数字控制。高性能的变频器目前已经采用微型计算机进行全数字控制，采用尽可能简单的硬件电路，主要靠软件来完成各种功能。由于软件的灵活性，数字控制方式可以完成模拟控制方式难以完成的功能。3.2 变频器的控制方式MM440使用的控制方式有V/f控制、矢量控制、和直接转矩控制。变频器用不同的调速方式，得到的调速性能、特性及用途是不一样的。控制方式大体可分为开环和闭环控制。开环控制有V/F（电压/频率）成正比例的控制方式；闭环有转差频率控制和各种矢量控制。 (1) V/

29、f控制 V/f控制是为了得到理想的转矩-速度特性，基于在改变电源频率进行调速的同时，又要保证电动机的磁通不变的思想而提出的，通用型变频器基本上都采用这种控制方式。V/f控制变频器结构非常简单，但是这种变频器采用开环控制方式，不能达到较高的控制性能，而且，在低频时，必须进行转矩补偿，以改变低频转矩特性。 (2) 矢量控制 矢量控制是通过矢量坐标电路控制电动机定子电流的大小和相位，以达到对电动机在d、q、0坐标轴系中的励磁电流和转矩电流分别进行控制，进而达到控制电动机转矩的目的。通过控制各矢量的作用顺序和时间以及零矢量的作用时间，又可以形成各种PWM波，达到各种不同的控制目的。例如形成开关次数最少

30、的PWM波以减少开关损耗。目前在变频器中实际应用的矢量控制方式主要有基于转差频率控制的矢量控制方式和无速度传感器的矢量控制方式两种。 基于转差频率的矢量控制方式与转差频率控制方式两者的定常特性一致，但是基于转差频率的矢量控制还要经过坐标变换对电动机定子电流的相位进行控制，使之满足一定的条件，以消除转矩电流过渡过程中的波动。因此，基于转差频率的矢量控制方式比转差频率控制方式在输出特性方面能得到很大的改善。但是，这种控制方式属于闭环控制方式，需要在电动机上安装速度传感器，因此，应用范围受到限制。无速度传感器矢量控制是通过坐标变换处理分别对励磁电流和转矩电流进行控制，然后通过控制电动机定子绕组上的电

31、压、电流辨识转速以达到控制励磁电流和转矩电流的目的。这种控制方式调速范围宽，启动转矩大，工作可靠，操作方便，但计算比较复杂，一般需要专门的处理器来进行计算，因此，实时性不是太理想，控制精度受到计算精度的影响。 (3)直接转矩控制 直接转矩控制是利用空间矢量坐标的概念，在定子坐标系下分析交流电动机的数学模型，控制电动机的磁链和转矩，通过检测定子电阻来达到观测定子磁链的目的，因此省去了矢量控制等复杂的变换计算，系统直观、简洁，计算速度和精度都比矢量控制方式有所提高。即使在开环的状态下，也能输出100%的额定转矩，对于多拖动具有负荷平衡功能。变频器种类3.3 MM440变频器的功能3.3.1 频率给

32、定功能1. 频率给定可有三种方式供用户选择：（1）面板给定方式。通过面板上的键盘设置给定频率。（2）外接给定方式。通过外部的模拟量或数字输入给定端口，将外部频率给定信号输入变频器。（3）通信接口给定方式。由计算机或其他控制器通过通信接口进行给定。2外接给定信号的选择：（1）电压信号。电压信号一般有05V、05V、010V、010V。（2）电流信号。电流信号一般有020mA、420mA两种。3.3.2 保护功能MM440设置了完备的保护功能，主要有：过电压/欠电压保护，变频器过热保护，接地故障保护，短路保护，It电动机过热保护，PTC/KTY电动机保护。3.4 MM440的通讯方式MM440有两

33、种通讯方式：USS和PROFIBUS。通讯方式的原理：MM440和变频器通信需要有效数据字符即（PKW、PZD）。PLC向变频器发送任务报文，从而控制变频器，由变频器向PLC发送应答报文，使PLC可以读出变频器现在的状态。如果要读出或修改变频器中的参数则用PKW区，由PLC发出向变频器发出任务报文，请求读出或修改参数；由应答报文对任务报文的内容或命令进行说明。3.4.1 有效的数据字符MM440的通信区为PKW区和（参数识别ID数值区）和PZD区（过程数据）。 PKW区 PZD区PKEINDPWE1PWE2PWEnPZD1PZD2PZDn图3-2有效的数据区1. PKW区（参数识别标记ID数值

34、区）PKW区说明参数识别ID数值（PKW）接口的处理方式。PKW接口并非物理意义上的接口，而是一种机理，这一机理确定了参数在两个通讯伙伴之间（例如控制装置与变频器）的传输方式，例如参数数值的读写。PKW区前两个字（PKE和IND）的信息是关于主站请求的任务（任务识别标记ID）或应答报文的类型（应答识别标记ID）。PKW区的第3，第4个字规定报文中要访问的变频器的参数号（PNU）。如果P2013选择PKW为固定长度（3或4），那么，主站必须在PKW区正确的发送3或4个字（否则，从站将不能对报文作出响应）。从站的应答PKW也是3或4个字。如果MM440采用固定长度，则应是4个字，应为3个字不足以支

35、持很多参数（也就是双字长的参数）。对于可变长度的PKW（127），主站只发送PKW区任务所必须的字数，应答报文的长度也是需要多长就多长。2. PZD区域（过程参数区）通讯报文的PZD区是为控制和监测变频器而设计的。在主站和从站中收到的PZD总是以最高的优先级加以处理。处理PZD的优先级高于处理PKW的优先级，而且，总是传送接口上当前最新的有效数据。PZD区的结构如下表： 表3-1 PZD区的结构PZD1PZD2PZD3PZD4主站MICROMASTER4STWHSWHSW2STW2MICROMASTER主站ZSWHIWZSW2HIW2（1）任务报文（主站MICROMASTER4）STW：PZD

36、任务报文的第1个字是变频器的控制字（STW）。变频器（参看参数P0700）所提供的控制字的含义如下所示：表3-2变频器的控制字（STW）位00ON（斜坡上升）/OFF1（斜坡下降）0否1是位01OFF2：按惯性自由停车0是1否位02OFF3：快速停车0是1否位03脉冲使能0否1是位04斜坡函数发生器（RFG）使能0否1是位05RFG开始0否1是位06设定值使能0否1是位07故障确认0否1是位08正向点动0否1是位09反向点动0否1是位10由PLC进行控制0否1是位11设定值反向0否1是位12未使用位13用电动电位计（MOP）升速0否1是位14用MOP降速0否1是位15本机/远程控制0P0719

37、下标01P0719下标1对于变频器收到的控制字，其位10必须设置为1。如果位10是0，控制字将被弃置不顾，变频器像它从前一样的控制方式继续工作。HSW： PZD任务报文的第2个字是主设定值（HSW）。这就是主频率设定值，是由主设定值信号源提供的（查看参数P1000）。有两种不同的方式（COM或BOP链路串行接口），按照P2009（“USS规格化”）的设置可以定义采用哪种方式。如果P2009设置为0，数值以十六进制数的形式发送，即4000（hex）规格化为由P2000设定的频率。如果P2009设置为1，数值是以绝对十进制数的形式发送（即4000（十进制）（=0FA0hex）等于40.00Hz）（

38、2）应答报文（MICROMASTER主站）ZSW：PZD应答报文的第1个字是变频器的状态字（ZSW）。变频器的状态字通常由参数r0052定义。表3-3变频器的状态字（ZSW）位0变频器准备0否1是位1变频器运行准备就绪0否1是位2变频器正在运行0否1是位3变频器故障0是1否位4OFF2命令激活0是1否位5OFF3命令激活0否1是位6禁止ON（接通）命令0否1是位7变频器报警0否1是位8设定值/实际值偏差过大0是1否位9PZD1（过程数据）控制0否1是位10已达到最大频率0否1是位11电动机电流极限报警0是1否位12电动机抱闸制动投入0是1否位13电动机过载0是1否位14电动机正向运行0否1是位

39、15变频器过载0是1否HIW ：PZD应答报文的第2个字是主要的运行参数实际值（HIW）。通常，把它定义为变频器的实际输出频率。通过P2009（如上所述）进行规格化，也适用于这一数值。虽然根据P2012（访问级3）的设置，变频器也可以采用0到4个字长的PZD进行操作，但是，MICROMASTER4通常采用的是2字长的PZD。3.4.2 USS协议 通用的串行接口协议（USS）按照串行总线的主-从通讯原理来确定访问的方法。总线上可以连接一个主站和最多31个从站。主站根据通讯报文中的地址字符来选择要传输数据的从站。在主站没有要求它进行通讯时，从站本身不能首先发送数据，各个从站之间也不能直接进行信息

40、的传输。每条报文都是以字符STX（=02hex）开始，接着是长度的说明（LGE）和地址（ADR）。然后是采用的数据字符。报文以数据块的检验符（BBC）结束。通讯报文的结构如图3-3所示。STXLGEADR12nBBC采用的数据字符 图3-3 通讯报文的结构STX：STX区是一个字节的ASCIISTX字符（02hex），表示一条信息的开始。LGE：LGE区是一个字节，指明这一条信息中后跟的字节数目。ADR:ADR区是一个字节，是从站结点（即变频器）的地址。地址字节每一位的寻址如图3-4所示。7 6 5 4 3 2 1 00XX从站结点地址0-31图3-4 地址ADR的位号位5是广播位。如果这一位

41、设置为1，该信息就是广播信息，对串行链路上所有信息都有效。结点号是不用判定的。采用USS广播方式通讯时，所有的从站都通过一个简单的报文来寻址，这样，分成若干组的多台变频器可以实现同时启动和停止。位6表示镜象报文，结点号需要判定，被寻址的从站将未加更改的报文返回给主站。不用的位应设置为0BBC区是长度为一个字节的校验和，用于检查该信息是否有效。它是该信息中BBC前面所有字节“异或”运算的结果。如果根据校验和的运算结果，表明变频器接收到的信息是无效的，它将丢弃这一信息，并且不向主站发出应答信号。3.4.3 PROFIBUS协议PROFIBUS是Process Field Bus(过程现场总线)的缩

42、写，它是以SIEMENS公司为主由10多个公司和研究所一起开发的一种现场总线技术。为了连接成PROFIBUS系统，必须采用PROFIBUS模板，这一模板安装在变频器的正面，通过RS485串行接口与变频器进行通讯。PROFIBUS模板是进行CPU连接变频器进行PROFIBUS组网的必选件，通过它的PROFIBUS-DP串行总线（SINECL2-DP）对MICROMASTER4进行控制。PROFIBUS系统以类似于USS的方式对变频器进行控制和监测。虽然PROFIBUS系统比某些协议，例如USS协议，更为复杂，但是它具有以下一些优点：（1）是开放的，定义透明的系统，有支持和开发软件供使用（2）由不

43、同的制造商开发了多种产品（3）在工业应用中证明效果很好（4）减少了现场布线的数量；便于（不用更改布线）重新编程，监测和控制。（5）速度快，可达12Mbaud（6）一个DP系统最多可以连接125个从站。（7）可以由一个主站或多个主站进行操作（8）通讯方式可以使点对点或广播方式所以，对比以上两种协议，本系统设计选择PROFIBUS。以S7-400PLC为主站，CP443-1通讯模块实现PLC与Ethernet的互联，MM440作为从站，通过PROFIBUS-DP总线与PLC总站通信。采用PROFIBUS-DP通信协议对变频器进行控制，从而驱动交流电动机按规定的任务运动。4 交流调速系统的设计与实现

44、4.1 控制要求和控制方案 （1）控制要求： 根据交流调速系统的要求，设计用S7-400PLC控制MM440变频器的手动/自动控制方案，要求手动用端子控制方式，自动控制用网络控制方式。（2）根据控制要求，系统方案设计图如下： 9561 MM4402 变频器3428DPDPS7-300/400PLCDP+10VRP1+24V220VQK2K1图4-1 系统方案设计图手动控制采用端子控制方式即通过控制MM440的接线端子来对电动机进行交流调速。MM440变频器的“1”“2”输出端为转速调节电位器RP1提供+10V直流稳压电源，以确保交流调速系统的控制精度。通过设置P0701的参数值，使数字输入“5

45、”端口具有正转控制功能，通过设置P0702的参数值，是数字输入“6”端口具有反转控制功能；模拟输入“3”“4”端口外接电位器，通过“3”端口输入大小可调的模拟电压信号，控制电动机转速的大小。即由数字输入端控制电动机转速的方向，由模拟输入端控制转速的大小。9和28分别为带隔离的输出24V和0V。自动控制采用网络的控制方式，由S7-400作为主站， CP443-1通讯模块实现PLC与Ethernet的互联，MM440作为从站，通过PROFIBUS-DP总线与PLC总站通信。在设置变频器的参数后，通过CPU向变频器发送通讯报文来控制变频器，进而达到控制电动机的目的。4.2 手动控制方案1. 按系统系统方案设计图手动部分连接电路表4-1端子控制的缺省设置数字输入端子号参数的设置值缺省的操作数字输入15P0701=1ON，正向点动数字输入26P0702=12反向运行数字输入37P0703=9故障确认数字输入48P0704=15固定频率数字输入516P0705=15固定频率数字输入617P0706=16固定频率数字输入7经由AIN1P0707=0不激活