2、profibus-dp通信

随着计算机控制技术的日新月异，工业控制结构正发生着巨大的变化。profibus是目前全部上通用的现场总线标准之一，已被纳入现场总线的全部标准iec 61158和欧洲标准en 50170，并于2006年批准发布中国国家标准gb/t 20540-2006 profibus规范。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。它以其独特的技术特点、严格的认证规范、公开的标准、众多厂商的支持和不断发展的应用行规，profibus是一种全部化、公开式、不依赖于设备生产商的现场总线标准，广泛适用于制造业自动化、流程工业自动化和楼宇、交通电力等其他领域自动化。

750-465 2通道 模拟量输入模块; 0-20 mA; 单端 

750-465/000-200 2通道 模拟量输入模块; 单端; 0-20 mA 

750-466 2通道 模拟量输入模块; 4-20 mA; 单端 

750-466/000-200 2通道 模拟量输入模块; 单端; 4-20 mA 

750-466/025-000 2通道 模拟量输入模块; 4-20 mA; EXT 

750-467 2通道 模拟量输入模块; 0-10 V; 单端 

750-467/000-200 2通道 模拟量输入模块; 单端; 0-10 V 

750-468 4通道 模拟量输入模块; 0-10 V; 单端 

750-468/000-200 2通道 模拟量输入模块; 单端; 0-10 V 

750-468/025-000 4通道 模拟量输入模块; 0-10 V; EXT 

750-469 2通道 模拟量输入模块; 热电偶 / K / 诊断功能; 用于热电偶测量 

750-469/000-001 2通道 模拟量输入模块; 热电偶 / S / 诊断功能; 用于热电偶测量 

750-469/000-002 2通道 模拟量输入模块; 热电偶 / T / 诊断功能; 用于热电偶测量 

750-469/000-003 2通道 模拟量输入模块; ? 120 mV / 诊断功能; 用于热电偶测量 

750-469/000-006 2通道 模拟量输入模块; 热电偶 / J / 诊断功能; 用于热电偶测量 

750-469/000-008 2通道 模拟量输入模块; 热电偶 / E / 诊断功能; 用于热电偶测量 

750-469/000-012 2通道 模拟量输入模块; 热电偶 / L / 诊断功能; 用于热电偶测量 

750-469/000-200 2通道 模拟量输入模块; 热电偶 / K / 诊断功能 / S5; 用于热电偶测量 

750-469/000-206 2通道 模拟量输入模块; 热电偶 / J / 诊断功能 / S5; 用于热电偶测量 

750-469/003-000 2通道 模拟量输入模块; 热电偶 / 可配置; 用于热电偶测量 

750-470 2通道 模拟量输入模块; 0-20 mA; 单端 

750-470/005-000 2通道 模拟量输入模块; 单端; 0-20 mA 

750-472 2通道 模拟量输入模块; 0-20 mA; 单端 

750-472/000-200 2通道 模拟量输入模块; 单端; 0-20 mA 

750-472/005-000 2通道 模拟量输入模块; 单端; 0-20 mA 

750-473 2通道 模拟量输入模块; 4-20 mA; 单端 

750-473/005-000 2通道 模拟量输入模块; 单端; 4-20 mA 

750-474 2通道 模拟量输入模块; 4-20 mA; 单端 

750-474/000-200 2通道 模拟量输入模块; 单端; 4-20 mA 

750-474/005-000 2通道 模拟量输入模块; 单端; 4-20 mA 

750-475 2通道 模拟量输入模块; 0-1 A AC/DC; 差分输入 

750-475/020-000 2通道 模拟量输入模块; AC/DC 0-5 A; 差分输入 

750-476 2通道 模拟量输入模块; ? 10 V; 单端 

750-476/005-000 2通道 模拟量输入模块; ? 10 V; S.E. 60Hz 

750-477 2通道 模拟量输入模块; 0-10 V AC/DC; 差分输入 

750-478 2通道 模拟量输入模块; 0-10 V; 单端 

750-478/005-000 2通道 模拟量输入模块; 0-10 V; S.E. 60Hz 

750-479 2通道 模拟量输入模块; ? 10 V; 差分测量输入 

750-479/000-001 2通道 模拟量输入模块; 差分测量输入; ? 10 V 

750-480 2通道 模拟量输入模块; 0-20 mA; 差分测量输入 

750-480/000-001 2通道 模拟量输入模块; 差分测量输入; 0-20 mA 

750-482 2通道 模拟量输入模块; 4-20 mA; 单端 

750-483 2通道 模拟量输入模块; 0-30 V; 差分测量输入 

750-491 1通道 输入模块; 用于电阻桥测量 (DMS); 用于 TS 35 

750-491/000-001 1通道 输入模块; 65 ms; 用于电阻桥测量 (DMS) 

750-492 2通道 模拟量输入模块; 4-20 mA; 差分测量输入 

750-493 3-相功率测量接线端; 1 A; 用于 TS 35 

750-493/000-001 3-相功率测量接线端; 5 A; 用于 TS 35 

模块化 I/O-SYSTEM (750系列)模拟量输出模块 

750-550 2通道 模拟量输出模块; 0-10 V; 用于 TS 35 

750-550/000-200 2通道 模拟量输出模块; S5; 0-10 V 

750-552 2通道 模拟量输出模块; 0-20 mA; 用于 TS 35 

750-552/000-200 2通道 模拟量输出模块; S5; 0-20 mA 

750-552/025-000 2通道 模拟量输出模块; 0-20 mA; EXT 

750-553 4通道 模拟量输出模块; 0-20 mA; 用于 TS 35 

750-554 2通道 模拟量输出模块; 4-20 mA; 用于 TS 35 

750-554/000-200 2通道 模拟量输出模块; S5; 4-20 mA 

750-555 4通道 模拟量输出模块; 4-20 mA; 用于 TS 35 

750-556 2通道 模拟量输出模块; ? 10 V; 用于 TS 35 

750-556/000-200 2通道 模拟量输出模块; S5; ? 10 V 

profibus是siemens公司提出的一种适用于所有现场应用的公开式工业控制现场总线标准。profibus由三部分组成，即profibus-dp（分布式外围设备）、profibus-pa（过程自动化）和profibus-fms（现场总线报文规范）。在profibus现场总线中，profibus-dp（简称dp协议）的应用广。dp协议是一种高速低成本通信，主要用于plc与分布式i/o和现场设备的高速数据通信。profibus-dp用于基础控制层的高速数据传送，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。profibus-dp的基本特性为：在一个有着32个站点的分布系统中，profibus-dp对所有站点传送512bps输入和512bps输出，在传输速率为12mbps时，总线循环时间仅为1ms；经过扩展的profibus-dp诊断能对故障快速定位。诊断信息在总线上传输并由主站采集。诊断信息分3级：本站诊断操作、模块诊断操作和通过诊断操作；rs-485制式双绞线，双线电缆或光缆，波特率从9.6kbit/s到12mbit/s；总线存取支持单主或多主系统。各主站间令牌传递，主站与从站间为主-从传送；线形、星形、环形以及可选的光纤双环形冗余拓扑结构。profibus-dp的上述特点使其在工业电气自动化领域占据了重要的地位。

3、石油钻机电气传动系统

石油天然气勘探与开发用钻机是由动力机、传动机与多工作机组成的成套性联合机组，属于重型机械装备。它主要包括旋转钻进系统、钻井液循环系统、钻具起升系统、动力机组、传动和控制系统、底座和其他辅助设备等。其中，转盘、绞车和泥浆泵是钻机主要的三大部件。

本文以一套普通zj40d钻机电传动系统为例，介绍profibus-dp现场总线的具体应用。电驱动钻机电传动系统结构如图1所示。zj40d钻机电传动系统主要完成以下功能：

对绞车电机，完成单台电机的正、反转控制及调速功能；对转盘电机，完成单台电机的正、反转控制、调速及扭矩限制功能；对泥浆泵电机，完成每台电机的启、停及调速功能；自动送钻电机，完成电机的正、反转控制及调速功能；完成以上电机的风机、油泵及其它辅助电机的启、停联锁控制；完成大钩位置的显示以及防止上碰、下砸的功能；完成部分钻井参数的读取及显示。

图1 zj40d电气传动系统

zj40d石油电驱动钻机电传动系统主要由以下部分组成：

（1） 1个simense s7-300 plc；

（2） 6个simense 6ra70直流调速器，分别控制1mpa、1mpb、2mpa、2mpb、rt、dw，一对一控制；

（3） 1个simense 6se71变频柜，用于控制abf；

（4） 2个mp370触摸屏，分别安装于综合柜门板和司钻台面板；

（5） 1个司钻台，包括et200远程模块。

（6） 5个mcc（电机控制中心）控制柜。

8 DO，24 VDC，0.1 A，高速(4 x M12) 767-4808

数字量输入/输出模块(DIO)

8 DIO，24 VDC，0.5 A (8 x M8) 767-5801 767-5801/000-800

8 DIO，24 VDC，0.5 A (4 x M12) 767-5802 767-5802/000-800

8 DIO，24 VDC，0.5 A (8 x M12) 767-5803 767-5803/000-800

4 DIO，24 VDC，0.2 A，高速(4 x M12) 767-5401

模拟量输入模块(AI)

4 AI U/I (4 x M12) 767-6401

4 AI RTD (4 x M12) 767-6402

4 AI TC (4 x M12) 767-6403

模拟量输出模块(AO) 4 AO U/I (4 x M12) 767-7401

功能和技术模块 TTL增量型编码器/SSI编码器模块(4 x M12) 767-5201

HTL增量型编码器/计数器模块(4 x M12) 767-5202

通信模块 串行接口模块RS-232，RS-422/-485(4 x M12) 767-5203

MOVILINK?接口模块(RS-232，RS-485) (4 x M12) 767-5204

供电模块 电源分配器(1 x M23 6 x M12) 767-9101

附件

间隔模块，

电缆扎带安装 767-111

防护帽，

用于未使用的孔式接头

M8 756-8101

M12 756-8102

防护帽，

用于未使用的针式接头

M12 756-8103

M23 756-8104

轨装适配器

用于适配器 767-121

用于I/O模块 767-122

767-125

USB通信电缆 3 m 756-4101/042-030

方形导轨适配器

用于适配器 767-123

用于I/O模块和电源分配器 767-124

767-126系统总线电缆，B型

说明 型号

直通型孔式接头，2 … 20 m 756-1301/060-020 … 756-1301/060-200

直通型针式接头，2 … 20 m 756-1303/060-020 … 756-1303/060-200

直通型孔式接头/针式接头，0.2 … 50 m 756-1305/060-002 … 756-1305/060-500

直角型孔式接头，2 … 20 m 756-1302/060-020 … 756-1302/060-200

直角型针式接头，2 … 20 m 756-1304/060-020 … 756-1304/060-200

直角型孔式接头/针式接头，0.2 … 50 m 756-1306/060-002 … 756-1306/060-500

供电电缆，A型

说明 型号

直通型孔式接头，2 … 20 m 756-3101/040-020 … 756-3101/040-200

直通型针式接头，2 … 20 m 756-3103/040-020 … 756-3103/040-200

直通型孔式接头/针式接头，0.2 … 20 m 756-3105/040-002 … 756-3105/040-200

直角型孔式接头，2 … 20 m 756-3102/040-020 … 756-3102/040-200

直角型针式接头，2 … 20 m 756-3104/040-020 … 756-3104/040-200

直角型孔式接头/针式接头，0.2 … 20 m 756-3106/040-002 … 756-3106/040-200

ETHERNET，PROFINET电缆，D型

说明 型号

直通型针式接头，2 … 20 m 756-1201/060-020 … 756-1201/060-200

直通型针式接头/针式接头，2 … 20 m 756-1203/060-020 … 756-1203/060-200

直角型针式接头，2 … 20 m 756-1202/060-020 … 756-1202/060-200

直角型针式接头/针式接头，2 … 20 m 756-1204/060-020 … 756-1204/060-200

M12传感器/执行器接线盒，

带连接电缆

4路，4较，5 m连接电缆 757-244/000-005

4路，4较，10 m连接电缆 757-244/000-010

6路，4较，5 m连接电缆 757-264/000-005

6路，4较，10 m连接电缆 757-264/000-010

8路，4较，5 m连接电缆 757-284/000-005

8路，4较，10 m连接电缆 757-284/000-010

8路，4较，25 m连接电缆 757-284/000-025

4路，5较，5 m连接电缆 757-245/000-005

4路，5较，10 m连接电缆 757-245/000-010

6路，5较，5 m连接电缆 757-265/000-005

6路，5较，10 m连接电缆 757-265/000-010

8路，5较，5 m连接电缆 757-285/000-005

8路，5较，10 m连接电缆 757-285/000-010

8路，5较，25 m连接电缆 757-285/000-025

M12传感器/执行器接线盒，

带M23连接器

4路，4较，M23连接器 757-144

6路，4较，M23连接器 757-164

8路，4较，M23连接器 757-184

4路，5较，M23连接器 757-145

6路，5较，M23连接器 757-165

8路，5较，M23连接器 757-185

8路，5较，不带LED，M23连接器 757-185/100-000

M8传感器/执行器接线盒，

带连接电缆

4路，3较，2 m连接电缆 757-443/000-002

电传动系统中的直流调速器、变频柜、触摸屏、plc以及远程模块，采用的硬件连接，依靠profibus-dp协议进行通信。硬件组态和软件编程工作在step7软件中实现。系统硬件组态如图2所示。

图2 zj40d组态图

首先在step7中组态一个s7-300站，其中集成dp口选择为主站模式。然后，在profibus-dp的硬件列表中，按照实际器件型号，选择对应的硬件从站型号，拖拽到dp主站总线上，每一台硬件从站设备都需要设定好单独的profibus-dp地址。需要注意的是，触摸屏mp370的组态过程需要在protool软件里完成。这样，电传动系统的硬件组态过程就完成了。

4、dp协议应用设计

4.1 通信编程与参数设置

系统硬件组态完成后，基于profibus-dp的plc与各外围设备之间的数据传输是整个电传动系统的控制关键。由于基于profibus-dp的plc与各设备进行数据传输的方式是基本一致的，所以下文以plc与abf6se71变频柜之间的数据传输为例对profibus-dp通信进行介绍。

硬件组态后的abf通信区地址如图3所示，地址区i576-595共10个字，分别对应pzd1--pzd10共10个传输控制数据。其中，pzd1为abf控制字1，pzd2为abf主给定，pzd3为abf控制字2。这样，西门子s7-300 plc通过profibus-dp总线对6se71控制字的16位分别进行置位、复位，同时也对6se71施加了给定，这样就可实现6se71变频柜对所连接变频电机的各项控制。

图3 abf通信区

具体传输时，使用系统功能sfc15，将数据写入profibus-dp从站。在step7里编程如图4所示，便将数据表中的四个待传字传送到6se71变频器对应的地址单元i576—583。依此方式，继续向6se71变频器传送余下的6个字。

图4 通信传输程序

同样，plc也可以将6se71变频柜的状态字或运行数据读入plc，以供plc内部程序处理需要。具体读取时，使用系统功能sfc14，将数据从profibus-dp从站读入plc。在step7里编程如图5所示，便将6se71变频柜地址为q576-583的四个字读入到plc中的数据表中。

图5 通信读取程序

要使6se71变频柜能够用plc通过profibus-dp进行控制，也需要对变频器的参数进行设置。主要参数设置有：