驱动通讯基础

1. 概述

西门子驱动装置（SIMOVERT MasterDrives VC，MicroMaster 4 以及SIMOREG DC Master）除了具有与驱动基本应用有关的功能外，还具有强大的通讯功能。驱动通讯可以分为三种方式：

• PROFIBUS DP协议
• USS协议
• SIMOLINK协议（一般用来代替Peer to Peer协议，实现从站到从站的通讯）

PROFIBUS DP和USS协议属于主/从通讯，需要有PLC作为主站，驱动装置作为从站。

USS协议的主要优点是，其接口集成在基本装置中，不需要额外费用；主要缺点是通讯速度慢，只有基本通讯功能（PKW+PZD），最多31个从站。

PROFIBUS DP协议的主要优点是，通讯速度快，除了基本功能之外还有一些附加功能（例如：非循环通讯，交叉通讯），站点数更多；主要缺点是需要另外购买作为选件的通讯模板（例如：CBP2或PROFIBUS模板）。

SIMOLINK协议（代替Peer to Peer协议）主要用来实现驱动装置与驱动装置之间的通讯。SIMOLINK协议也可以是主/从通讯，主站是S7-400（FM458+EXM448）或SIMADYN D。

这里我们主要介绍S7 PLC与驱动装置采用PROFIBUS DP协议进行通讯。
采用PROFIBUS DP协议通讯时，既可以利用STEP 7本身提供的功能，也可以使用TIA软件Drive ES。

本文档只介绍STEP 7本身提供的功能。有关Drive ES的功能将根据需要在以后的文档中再做介绍。

（关于 DriveES，可以参加西门子自动化与驱动培训中心的培训课程D2403）

2. 必备条件

下面以S7-300 PLC与MasterDrives CUVC变频器的通讯为例：

主站：S7-300 CPU315-2DP可编程序控制器
从站：MasterDrives CUVC变频器 + CBP2 通讯模板
编程装置：PC + STEP 7 V5.4 + MPI接口（MPI Adapter 或CP5611卡）

装有STEP 7 V5.4 的PC机用于S7 CPU315-2DP的硬件组态与编程，通过MPI电缆与CPU315-2DP的MPI接口连接，用于硬件组态数据及程序的下载。CPU315-2DP的DP接口通过PROBIBUS 电缆与CUVC 变频器的CBP2 上的DP 接口连接，用于S7-300 与变频器的通讯。

网络连接如图1 所示。

图1：PC机、CPU315-2DP 与驱动装置的连接

 

3. 硬件组态

3.1. 新建项目
在SIMATIC Manager 中新建一个项目，名称为Drives_Comm。如图2 所示。

图2：新建项目，名称为Drives_Comm

3.2. 插入一个S7-300 主站
在项目名称Drives_Comm 下插入SIMATIC 300 Station，如图3 所示。

图3：在项目下插入一个S7-300 站

接下来对该站进行硬件组态：从硬件组态目录中依次插入机架、电源、CPU，设置CPU上PROFIBUS DP 接口的网络参数（可采用缺省设置，即：地址2，最高地址126，波特率1.5 Mbps，协议DP）。如图4 所示。

图4：设置CPU 上PROFIBUS DP 接口的参数

按OK 键确认后得到主站的组态结果，如图5所示。

图5：主站的组态

3.3 插入一个MASTERDRIVE 从站
在PROFIBUS(1): DP master system (1) 总线上挂上MasterDrives 从站。

从站路径为：PROFIBUS DP >
                        SIMOVERT >
                        MASTERDRIVES/DC MASTER CBPx                 或
                        MASTERDRIVES/DC MASTER CBP2 DPV1

MASTERDRIVES/DC MASTER CBPx 与MASTERDRIVES/DC MASTER CBP2 DPV1 的区别是，前者只能按照PPO 类型选择报文结构（即CBP 功能：循环通讯），后者还能选择更多的报文结构，以配合CBP2 的一些扩展功能（DPV1功能）。

（关于CBP2 模板的报文结构参见下面第7 部分）
（关于MM4 PROFIBUS 模板的报文结构参见下面第8 部分）

选择MASTERDRIVES/DC MASTER CBP2 DPV1 作为从站，地址设成3。如图6 所示。

图6：选择MASTERDRIVES/DC MASTER CBP2 DPV1 作为3 号站

3.4. 在从站中插入“模板”
在驱动装置从站中插入类似于ET 200M 从站中的模板，以确定报文结构。
将右边窗口硬件目录中MASTERDRIVES/DC MASTER CBP2 DPV1 下面的 PPO 3: 0PKW, 2PZD插入左下窗口中的第一行（Slot 1）。该选项共占两行。意思是：PPO类型3，即：0个字参数数据（又叫PKW），2 个字过程数据（又叫PZD）。参数数据用于PLC 读/写变频器的参数，过程数据用于PLC 控制和监视生产过程。0 个字参数数据表示PLC 不能读/写驱动装置的参数，参数数据也不占用S7 的外设地址；2 个字过程数据表示PLC 和驱动装置交换2 个字过程数据，各占用S7-300 PLC 四个字节的外设地址。地址范围是输入字节256 - 259，输出字节256 -259。如图7 所示。

通常S7 传送到驱动装置的第1 个字是控制字，第2 个字是频率设定值；驱动装置传送到S7的第1 个字是状态字，第2 个字是频率实际值。这是最简单的应用。

(关于CBP2 模板的其他选项的含义参见下面第7 部分)
(关于MM4 PROFIBUS 模板选项的含义参见下面第8 部分)

图7：驱动装置的输入/输出地址

3.5 查看从站中“模板”的属性
双击左下窗口中的第二行（Slot 2），打开其属性。如图8 所示。

图8：驱动装置的输入/输出地址的属性

属性中给出驱动装置占用S7-300 PLC 外设地址的情况，包括：输出/输入地址，长度，单位，连续性范围。这里除了地址之外，其他属性都是由PPO3 决定的，只能读，不能改写。

提示：
长度：		MASTERDRIVES/DC MASTER：			最大 16 个字
		MICROMASTER 420：			最大 4 个字
		MICROMASTER 430/440：			最大 8 个字
单位：		Words（字）
连续性范围：		Unit			以字为单位传送
		Total length			所有字一起传送

当字长不大于 2 或选择“以字为单位传送”时：用 MOVE 指令（L/T 指令）编程
当字长大于 2 且选择“所有字一起传送”时：用 SFC14/15 编程

4. 编程

根据前面的组态，由于输入/输出各占四个字节，可以使用两次MOVE 指令（L/T 指令）。由于程序简单，程序可以直接编写在OB1 中。数据从MB0 - MB3（即：MW0和MW2）写入驱动装置，从驱动装置读回的数据放入MB4 - MB7（即：MW4和MW6）。如图9所示。

图9：PLC程序

传送到驱动装置的第1 个字（MW0）是控制字（控制指令）：
当 MW0 = 0000 0100 0000 0000 B = 0400 H 时，驱动装置处于运行准备状态；
当 MW0 = 0000 0100 0000 0001 B = 0401 H 时，驱动装置进入运行状态1）

1） 相应于第5部分参数设置，PLC 只控制驱动装置起/停。若要传送所有指令应设置：
MW0 = 1001 1100 0111 1110 B（9C7EH）<-> 运行准备
MW0 = 1001 1100 0111 1111 B（9C7FH）<-> 运行
同时设置：P555~P575 = 3101~3115

传送到驱动装置的第2 个字（MW2）是频率设定值：
当MW2 = 0100 0000 0000 0000 B = 4000 H= 16384 D 时，相当于50Hz。

5. 参数设置

在驱动装置侧，驱动装置应处于可以运行的状态。为了实现与PLC 之间的通讯，以及从PLC 接收起/停指令和设定值，向PLC 传送状态字（驱动装置状态）和实际值，应如下更改参数：

P918.01 = 3（缺省设置）			驱动装置地址（即：站号）
P554.01 = 3100			起/停指令（ON/OFF1）
P443.01 = 3002			频率设定值（Setpoint）
P734.01 = 32			状态字1（Status Word1）
P734.02 = 148			频率实际值（Actual Value）

参数设置可以通过操作面板PMU，也可以通过DriveMonitor 软件进行。

6. 测试

启动STEP 7的Monitor/Modify Variables 功能，填写变量。如图10 所示。

图10：用监视和修改变量功能控制驱动装置起动和调速

当控制字（Control Word1）为W#16#0400 时，驱动装置应显示O009，表示运行准备状态。将控制字从W#16#0400 改成W#16#0401 时，驱动装置起动。除了状态字（Status Word1）会发生变化外，速度实际值（Actual Value）也会逐渐上升，上升速度取决于参数P462.01 的数值，最后达到W#16#4000（50Hz）。状态字的含义如图11 所示。其中Bit 2 表示运行状态。将控制字改回W#16#0400 时，驱动装置首先减速，减速时间取决于P464.01 的数值，然后停止运行。

驱动装置起动后可以通过更改MW2 的数值更改速度。对应关系如下：
MW2 = 0000 0000 0000 0000 B = 0000 H= 0 D ~ 0Hz
MW2 = 0100 0000 0000 0000 B = 4000 H= 16384 D ~ 50Hz

MW2 为整型，数值与频率之间是线性关系。负数用补码表示，对应反转。

图11：MasterDrives 驱动装置的状态字的含义

7. CBP2的其他选项

在“3.3. 插入一个 MASTERDRIVES 从站”和“3.4. 在从站中插入模板”章节中我们看到，除了 PPO 类型选项外硬件组态目录中还有其他选项。如图 12 所示。

图12：硬件组态目录中 MasterDrives 驱动装置的选项

首先，我们也可以选择 MASTERDRIVES CBP 和 MASTERDRIVES CBP2 文件夹中的选项（参见图12）。这两个选项是随着 Drive ES 软件一起安装的，有关 Drive ES 的功能将根据需要在以后的文档中再做介绍。

（关于 DriveES，可以参加西门子自动化与驱动培训中心的培训课程D2403）

其次，MASTERDRIVES/DC MASTER CBP2 DPV1 中的选项基本包括MASTERDRIVES/DC MASTER CBPx 中的选项。事实上“options”下面的 PPO2 和PPO5 早已取代了上面的 PPO2 和 PPO5。那么什么是 PPO 呢？

PPO = Parameter - Process data - Object，即参数过程数据对象。它规定了 PLC 与驱动装置通讯时报文中有效数据的结构，符合 PROFIBUS 补充协议“variable-speed drives profile”。共有 PPO1 - PPO5 五种类型，如图 13 所示。

图13：5种PPO类型

在 3.5. 节中我们曾查看过 PPO3 型从站中“模板”的属性，所有 PPO 类型从站中“模板”的连续性范围属性都是一样的，均为 Total length。由于 PPO3 总共只有 2 个字过程数据（PZD1 和 PZD2），所以我们仍然可以用 MOVE 指令（L/T 指令）编写程序；与此相同的还有 PPO1 中的过程数据。但如果选择 PPO2、4、5，过程数据（PKW）分别为6 个、6 个和 10 个，则需要编写 SFC14/15。对于 PPO1、2、5 中的参数数据（PKW）其属性连续性范围也为 Total length，也需要编写 SFC14/15。

SFC14/15 为系统功能，其用法参见 SFC14/15 的在线帮助。

在图 12 的硬件组态目录中，各选项含义如下：

1. Std. Telegram 1: 2/2 PZD：
标准报文1：只有过程数据，2 个字输出/2 个字输入，用 MOVE 指令（L/T 指令）编程；

2. Std. Telegram 2: 4/4 PZD：
标准报文 2：只有过程数据，4 个字输出/4个字输入，用 SFC14/15 编程；

3. PCS7 Telegram 352: 6/6 PZD：
PCS7 报文 352：只有过程数据，6 个字输出/6 个字输入，用于 PCS7；

4. PKW module：
PKW 模板（4 个字输出/4 个字输入）：用 SFC14/15 编程；

5. PPO 1: 4 PKW, 2 PZD：
PPO 1，4 个字参数数据，用SFC14/15 编程；2 个字过程数据，用 MOVE 指令（L/T 指
令）编程；

6. PPO 2: 4 PKW, 6 PZD：
PPO 2，4 个字参数数据，用 SFC14/15 编程；6 个字过程数据，用 SFC14/15 编程；

7. PPO 3: 0 PKW, 2 PZD：
PPO 3，没有参数数据，2 个字过程数据，用 MOVE 指令（L/T 指令）编程；

8. PPO 4: 0 PKW, 6 PZD：
PPO 4，没有参数数据，6 个字过程数据，用 SFC14/15 编程；

9. PPO 5: 4 PKW, 10 PZD：
PPO 5，4 个字参数数据，用 SFC14/15 编程；10 个字过程数据，用 SFC14/15 编程；

8. MM4 PROFIBUS模板的选项

MM420/430/440 变频器通过 PROFIBUS 模板实现 PROFIBUS-DP 通讯。PROFIBUS 模板与 CBP2 模板一样，既有基本功能（循环通讯），也有扩展功能（DPV1功能）。MM4 PROFIBUS 模板的选项如图 14 所示。前半段适合所有 3 种变频器，后半段仅适合 MM430 和 MM440。