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摘要：本文简述了PROFIBUS-DP网络总线技术，构建了PC机、S7-300 PLC、直流调速器6RA70与直流电机组成的基于PROFIBUS-DP总线的控制系统，重点讨论了S7-300 PLC与直流调速器6RA70的通信方式以及PC机通过OPC服务器控制直流电机转速的编程实现方法，并在实际项目中得到验证。
关键词：PROFIBUS-DP;PPO类型;OPC服务器
Aircraft electrical drag system based on PROFIBUS-DP trunk Speed control method
LI Minghui
（Huazhong Mersurement and Control Co. Ltd.，Wuhan Hubei 430223 China）
Abstract：This paper briefly describes the PROFIBUS-DP network trunk technology，constructed a control system based on PROFIBUS-DP trunk composed of PC，S7-300 PLC，DC governor 6RA70 and DC motor. The discussion focuses on the communication method between S7-300 PLC and DC converter 6RA70 and the programming method for PC to control the speed of DC motor through OPC server，and verified in practical projects.
Key words：PROFIBUS-DP，PPO type，OPC server
前言
按照民航總局的要求，所有待研制的飞机电网系统需通过地面验证试验才能列装。本文所述的拖动系统就是用于飞机电网地面试验时，带动发电机发电，并根据GJB 181/181A的要求实现不同试验条件的转速控制。
直流电动机具有良好的机械特性，能在大范围内平滑调速、起动、制动、正反转，在传动领域得到了广泛的应用。在控制方面，传统的传动系统一般采用模拟直流调速系统，现场粉尘大，由于系统长时间运行，经常造成接触器辅助触点接触不良、插件板内部元件及线路灰尘积累产生不完全短路的耦合干扰等故障，控制精度不高，多轴联动时不能保证精确同步。
在本文中选用6RA70系列的全数字直流调速装置和西门子S7-300系列小型可编程控制器来完成系统的电传动控制。6RA70的最大优点就在于应用了基于自由连接技术的软件结构，系统中所有的重要的量都以连接器连接选用6RA70系列全数字直流调速装置和西门子S7-300系列小型可编程控制器来完成系统的电传动控制。控制精度高，受环境的影响和干扰小，能采集到被控制设备的大量信息，不需要大规模的IO系统，可以节省硬件设备的开销，能进行远程的故障诊断并作出立即反应。通过两者的结合，此系统具有良好的扩展性和很强的适应性。
1.PROFIBUS-DP介绍
PROFIBUS-DP网络是当前工业控制中应用广泛的网络标准，PROFIBUS -DP 使用物理层，数据链接层和用户接口，用于现场层的高速数据传送，PROFIBUS -DP 主要使用主-从方式，主站周期性的与传动装置进行数据交换，即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。总线循环时间必须要比主站程序循环时间短。此外，PROFIBUS -DP 还提供智能化现场设备所需的非周期性通信以进行组态、诊断和报警处理及复杂设备在运行中参数的确定。
PROFIBUS -DP在本测控系统中与直流调速器6RA70以及PLC模块和人机界面共同构建了工业控制中的底层硬件系统。该系统控制原理图如图1。
拖动监控计算机和主控PLC通过以太网组成网络，主控PLC和拖动机柜通过Profibus-DP总线组成网络，其中PLC为主控单元，是主站，需要一直工作，拖动监控计算机、拖动机柜为从站，可以从主站上获取数据。
PROFIBUS-DP通信协议的数据报文结构分为协议头、网络数据和协议层。网络数据即可用数据结构，称之为参数过程数据对象PPO，分成不同两部分分别传送，包括参数区PKW和过程数据区PZD。参数区PKW用于读、写参数值。过程数据区包括控制字、设定值、状态字和实际值。直流调速器6RA70运行时，只有将速度设定值和速度实际值与速度实际通道连接起来，6RA70才能按照PC机给定的指令运行。6RA70直流调速器PROFIBUS-DP板（CBP2通讯模板-用来连接驱动装置和上位自动化系统的硬件）共支持5种PPO类型。下图为6RA70硬件组态。
2.CBP2通信模板参数设定
由于采用的是PPO5类型的通信方式，定义了10个PZD字，在写操作中PZD1作为控制字由PLC写入从站，PZD2作为设定值写入从站。在读操作中，PLC读入的PZD1是从站的状态字，读入的PZD2是从站的实际值。
3.直流电机转速控制编程过程
在STEP7编程环境下需要用到系统功能块SFC14和SFC15。
SFC14是设计用于DP主站对分布式从站读数据的系统功能，SFC14的特点是能同时连续读出大于4个字节的数据。SFC14带有形式参数在调用SFC14时要用对应的实际参数去替换形式参数，表1列出了SFC14的形式参数并说明其含义。
SFC15是设计用于DP主站对分布式从站写数据的系统功能，SFC15的特点是能同时连续写入大于4个字节的数据。SFC15带有形式参数在调用SFC15时要用对应的实际参数去替换形式参数，表2列出了SFC15的形式参数并说明其含义。 保存读得数据的目标区域，该区域的长度按字节计算，要精确等于在硬件组态时确定的读数据区域长度。
保存写数据的源地址区域，该区域的长度按字节计算，要精确等于在硬件组态时确定的读数据区域长度。
在数据块DB13中从DB13.DBX0.0开始将连续20个字节写入从站。将控制字、转速信息传递到直流调速器6RA70，从而控制直流电机的启停、转速改变以及正反转等。
在数据块DB13中从DB13.DBX20.0开始连续20个字节保存从从站读入的数据。将读到的状态字、转速实际值以及其他需要读到的信息传递到数据块中供使用。
4 OPC服务器
OPC（OLE for Process Control）是過程控制中的对象链接嵌入技术，建立在Windows的对象链接嵌入（OLE，Object Linking and Embedding）、部件对象模块（COM，Component Object Model）、分布部件对象模块（DCOM，Distributed Component Object Model）技术的基础上进行开发的。OPC是一个开放的接口标准、技术规范。它的作用就是为服务器/客户的链接提供统一、标准的接口规范。有了OPC作为通用接口，就可把现场信号与上位机监控、人机界面软件方便地链接起来，还可以把它们与PC机的某些通用开发平台链接起来，如VB，VC++，Excel等。这样给我们开发上位机监控软件带来很大的方便。
当现场信号（PLC数据）传至上位机PC机之后，通过Siemens提供的OPC Server将现场信号读入到计算机的应用平台，然后在用户监控界面中显示。
5 结论
在该设计方案方案中采用PROFIBUS-DP现场总线控制方式和OPC服务器作为通用接口，提高了系统的稳定性和可靠性，也方便了用户调试和维护。编程过程中采用调用系统功能块SFC14和SFC15，不仅程序简单化同时也提高了工作效率。
参考文献
[1]邓燕妮，孙勇.S7-300PLC与6RA70直流调速器间通信的实现[J].武汉理工大学学报，2005，4（27）：39-42.
[2]孙淑惠，贾宏辰.基于PROFIBUS总线的S7-300PLC与6RA70调速器通信方法[J].机床电器，2010，2（37）：60-62.
[3]郝全田.6RA70直流调速分析与应用[J].自动化技术与应用，2008，6（27）：106-108.
作者简介：李明会（1983-），女，硕士，主要从事软件开发及自动控制工作。
（作者单位：武汉华中航空测控技术有限公司）
关键词：PROFIBUS-DP;PPO类型;OPC服务器
Aircraft electrical drag system based on PROFIBUS-DP trunk Speed control method
LI Minghui
（Huazhong Mersurement and Control Co. Ltd.，Wuhan Hubei 430223 China）
Abstract：This paper briefly describes the PROFIBUS-DP network trunk technology，constructed a control system based on PROFIBUS-DP trunk composed of PC，S7-300 PLC，DC governor 6RA70 and DC motor. The discussion focuses on the communication method between S7-300 PLC and DC converter 6RA70 and the programming method for PC to control the speed of DC motor through OPC server，and verified in practical projects.
Key words：PROFIBUS-DP，PPO type，OPC server
前言
按照民航總局的要求，所有待研制的飞机电网系统需通过地面验证试验才能列装。本文所述的拖动系统就是用于飞机电网地面试验时，带动发电机发电，并根据GJB 181/181A的要求实现不同试验条件的转速控制。
直流电动机具有良好的机械特性，能在大范围内平滑调速、起动、制动、正反转，在传动领域得到了广泛的应用。在控制方面，传统的传动系统一般采用模拟直流调速系统，现场粉尘大，由于系统长时间运行，经常造成接触器辅助触点接触不良、插件板内部元件及线路灰尘积累产生不完全短路的耦合干扰等故障，控制精度不高，多轴联动时不能保证精确同步。
在本文中选用6RA70系列的全数字直流调速装置和西门子S7-300系列小型可编程控制器来完成系统的电传动控制。6RA70的最大优点就在于应用了基于自由连接技术的软件结构，系统中所有的重要的量都以连接器连接选用6RA70系列全数字直流调速装置和西门子S7-300系列小型可编程控制器来完成系统的电传动控制。控制精度高，受环境的影响和干扰小，能采集到被控制设备的大量信息，不需要大规模的IO系统，可以节省硬件设备的开销，能进行远程的故障诊断并作出立即反应。通过两者的结合，此系统具有良好的扩展性和很强的适应性。
1.PROFIBUS-DP介绍
PROFIBUS-DP网络是当前工业控制中应用广泛的网络标准，PROFIBUS -DP 使用物理层，数据链接层和用户接口，用于现场层的高速数据传送，PROFIBUS -DP 主要使用主-从方式，主站周期性的与传动装置进行数据交换，即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。总线循环时间必须要比主站程序循环时间短。此外，PROFIBUS -DP 还提供智能化现场设备所需的非周期性通信以进行组态、诊断和报警处理及复杂设备在运行中参数的确定。
PROFIBUS -DP在本测控系统中与直流调速器6RA70以及PLC模块和人机界面共同构建了工业控制中的底层硬件系统。该系统控制原理图如图1。
拖动监控计算机和主控PLC通过以太网组成网络，主控PLC和拖动机柜通过Profibus-DP总线组成网络，其中PLC为主控单元，是主站，需要一直工作，拖动监控计算机、拖动机柜为从站，可以从主站上获取数据。
PROFIBUS-DP通信协议的数据报文结构分为协议头、网络数据和协议层。网络数据即可用数据结构，称之为参数过程数据对象PPO，分成不同两部分分别传送，包括参数区PKW和过程数据区PZD。参数区PKW用于读、写参数值。过程数据区包括控制字、设定值、状态字和实际值。直流调速器6RA70运行时，只有将速度设定值和速度实际值与速度实际通道连接起来，6RA70才能按照PC机给定的指令运行。6RA70直流调速器PROFIBUS-DP板（CBP2通讯模板-用来连接驱动装置和上位自动化系统的硬件）共支持5种PPO类型。下图为6RA70硬件组态。
2.CBP2通信模板参数设定
由于采用的是PPO5类型的通信方式，定义了10个PZD字，在写操作中PZD1作为控制字由PLC写入从站，PZD2作为设定值写入从站。在读操作中，PLC读入的PZD1是从站的状态字，读入的PZD2是从站的实际值。
3.直流电机转速控制编程过程
在STEP7编程环境下需要用到系统功能块SFC14和SFC15。
SFC14是设计用于DP主站对分布式从站读数据的系统功能，SFC14的特点是能同时连续读出大于4个字节的数据。SFC14带有形式参数在调用SFC14时要用对应的实际参数去替换形式参数，表1列出了SFC14的形式参数并说明其含义。
SFC15是设计用于DP主站对分布式从站写数据的系统功能，SFC15的特点是能同时连续写入大于4个字节的数据。SFC15带有形式参数在调用SFC15时要用对应的实际参数去替换形式参数，表2列出了SFC15的形式参数并说明其含义。 保存读得数据的目标区域，该区域的长度按字节计算，要精确等于在硬件组态时确定的读数据区域长度。
保存写数据的源地址区域，该区域的长度按字节计算，要精确等于在硬件组态时确定的读数据区域长度。
在数据块DB13中从DB13.DBX0.0开始将连续20个字节写入从站。将控制字、转速信息传递到直流调速器6RA70，从而控制直流电机的启停、转速改变以及正反转等。
在数据块DB13中从DB13.DBX20.0开始连续20个字节保存从从站读入的数据。将读到的状态字、转速实际值以及其他需要读到的信息传递到数据块中供使用。
4 OPC服务器
OPC（OLE for Process Control）是過程控制中的对象链接嵌入技术，建立在Windows的对象链接嵌入（OLE，Object Linking and Embedding）、部件对象模块（COM，Component Object Model）、分布部件对象模块（DCOM，Distributed Component Object Model）技术的基础上进行开发的。OPC是一个开放的接口标准、技术规范。它的作用就是为服务器/客户的链接提供统一、标准的接口规范。有了OPC作为通用接口，就可把现场信号与上位机监控、人机界面软件方便地链接起来，还可以把它们与PC机的某些通用开发平台链接起来，如VB，VC++，Excel等。这样给我们开发上位机监控软件带来很大的方便。
当现场信号（PLC数据）传至上位机PC机之后，通过Siemens提供的OPC Server将现场信号读入到计算机的应用平台，然后在用户监控界面中显示。
5 结论
在该设计方案方案中采用PROFIBUS-DP现场总线控制方式和OPC服务器作为通用接口，提高了系统的稳定性和可靠性，也方便了用户调试和维护。编程过程中采用调用系统功能块SFC14和SFC15，不仅程序简单化同时也提高了工作效率。
参考文献
[1]邓燕妮，孙勇.S7-300PLC与6RA70直流调速器间通信的实现[J].武汉理工大学学报，2005，4（27）：39-42.
[2]孙淑惠，贾宏辰.基于PROFIBUS总线的S7-300PLC与6RA70调速器通信方法[J].机床电器，2010，2（37）：60-62.
[3]郝全田.6RA70直流调速分析与应用[J].自动化技术与应用，2008，6（27）：106-108.
作者简介：李明会（1983-），女，硕士，主要从事软件开发及自动控制工作。
（作者单位：武汉华中航空测控技术有限公司）