山西西门子PLC总代理商

 前言 

    2003年5月6日，philips正式授权：广州周立功单片机发展有限公司为汽车电子产品线（含can-bus、汽车防盗器rfid、汽车传感器）中国地区代理商。
    
    依靠强大的开发团队、philips半导体的技术与国际cia协会、odva协会的支持，我们致力于发展中国的can产品与应用事业。至现在，我们已成功开发出一系列can-bus教学、接口、工具、应用产品，能够为客户提供从“芯片”、“工具”、“模块”、“方案”、“产品”等各个方面的服务，涉及can-bus多个行业与应用领域。我们自主开发的数个型号产品已经于国外技术水平，并已投入广泛的实际应用。 
 
    can在汽车中的应用  

    对于can在汽车上的应用，具有很多行业标准或者是，比如化组织（international organization for standardization）的iso11992、iso11783以及汽车工程协会（society of automotive engineers ）的sae j1939。can总线已经作为汽车的一种标准设备列入汽车的整体设计中。 
    
    对此，很多的半导体厂商专门针对can总线在汽车上的应用，提出了自己的全套解决方案。下图是philips半导体公司的汽车网络解决方案。  

    通过上图可以看到，蓝色较粗线代表can总线，它连接了传动装置控制单元、灯控单元、门控单元、座椅控制单元以及仪表盘控制单元等等。红色较细线代表lin总线，由lin总线构成的lin网络作为can网络的辅助网络，连接了车窗控制单元、雨刷控制单元、天窗控制单元等低速设备。 

    lin网络（local interconnect network），由汽车厂商为汽车开发，作为can网络的辅助网络，目标应用在低端系统，不需要can的性能、带宽以及复杂性。lin的工作方式是一主多从，单线双向低速传送数据（高20k位/秒），与can相比具有更低的成本，且基于uart接口，无需硬件协议控制器，使系统成本更低。 
在未来的汽车中，由汽车厂商和半导体厂商共同组成的团体flexray consortium，致力于发展更高速的、具有容错性的、支持分布式控制系统的总线“x-by-wire”，x-by-wire的通信速率将达到10m。届时，x-by-wire将和can、lin一起组成整个汽车的通信控制网络。下图为具备x-by-wire的概念车型。

    ecu中的can电路 

    - can控制器＋can收发器 
    - can控制器＋can收发器＋lin收发器 
 
    下面的电路图为在汽车电子ecu设计中推荐使用的电路图。图中，左边的mcu部分（p87c52x2）可以根据应用场合的需要而选择适应度更高的元器件。 
 

    建议：所有ecu的物理层电路应保护收发器电路。此外，节点设计时，优先考虑采用分离终端电路。将产品设计为分离终端的形式，这样，在汽车原型或ecu emc的评估过程中，可以使can总线实现要求更高的抗干扰／幅射性能。只有当各个收发器都使用这种功能时，才要求“split”管脚的电路。当然，在网络中允许混合单终端和分离终端。 

    在ecu电路中，增加保护电路是必要的。另外，收发器板应尽可能放在接近pcb边沿连接器的位置。边沿连接器和收发器之间不允许有其他ec。can_h/l或tx/rx电路不应穿越总线或跳线。

1  引言
      随着现代生产工艺的飞速发展，现场对传动设备的快速性、连续性、系统性的使用要求越来越高。单台变频器的独立运行的模式已经不能满足要求，多台成组系统运行成为大特点。所有的本地柜前操作已经发展为计算机集中远程自动控制模式。这些特点都建立在计算机、plc、传动装置间的数据通讯的基础上。以此来实现现场设备的运行状态监控和控制命令的下达。现场总线的发明和应用为实现上述功能提供了技术保证。现在使用较为广泛的现场总线有:profibus、canbus、modbus、devicenet、lonworks等。本文重点介绍以profibus 现场总线为基础的西门子simatic s7 plc和6es70系列变频器间的通讯技术。

2  profibus现场总线概述
      profibus是一种应用较为广泛的现场总线，其总线标准是国际总线标准ie61158的重要组成部分。是一种开放式系统，令牌结构，以互联网（open system interconnection-sio）作为参考模型。有3个兼容部分组成部分即profibus-dp（decentralized periphery）， profibus-pa（process automation），profibus-fms（fieldbus message specification）。其中dp是一种高速低成本通讯，用于设备级控制系统与分散式i/o的通讯。采用rs485数据接口，传输介质用光纤或双绞电缆，传输波特率从（9.6k～12m）bps，传输距离可以通过repeter进行扩展，每个dp网上可以同时配置122个从站，是一种功能强大的现场总线。下面介绍的plc和变频器间的通讯也是基于profibus-dp技术进行的。

3  profibus-dp的数据通讯格式
      传动装置通过profibus-dp网与主站plc的接口是经过通讯模块cbp板来实现的，带有dp口的s7-300和400 plc也可以通过cpu上的dp口来实现。采用rs485接口及支持（9.6k～12m）bps波特率数据传输（数据传输的结构如图1所示），其中数据的报文头尾主要是来规定数据的功能码、传输长度、奇偶校验、发送应答等内容，主从站之间的数据读写的过程（如图2所示）核心的部分是参数接口（简称pkw）和过程数据（简称pzd），pkw和pzd共有五种结构形式即:ppo1、ppo2、ppo3、ppo4、ppo5，其传输的字节长度及结构形式各不相同。在plc和变频器通讯方式配置时要对ppo进行选择，每一种类型的结构形式如下。

图1  数据传输的结构

图2 主从站间数据读写过程

ppo1 4 pkw + 2 pzd （共有6个字组成）
ppo2 4 pkw + 6 pzd （共有10个字组成）
ppo3  2 pzd （共有2个字组成）
ppo4  6 pzd （共有6个字组成）
ppo5   4 pkw+10 pzd （共有14个字组成）
      参数接口（pkw）:参数id号（pke）、变址数（ind）、参数值（pwe）三部分组成。过程数据接口（pzd）:控制字（stw）、状态字（zsw）、主给定（main setpoint ），实际反馈值（main actual value） 等组成，另外要了解掌握控制字和状态字每一位的具体含义，并熟悉西门子变频器参数的具体应用，在通讯参数设置时需要具体定义。

4  实现通讯的软硬件要求和参数设置
（1） 硬件要求
·133mhz以上且内存不小于16mb的编程器。
·西门子s7-300/400系列plc，ram不小于12kb，并带有profibus-dp接口，或是s7-400（ram不小于12kb）配cp443-5的通讯板。
·带有cbp通讯模块和带有cu2/sc的vc板的变频器
（2） 软件要求
·win 95或win nt（v4.0以上）
·step7（v3.0以上）
·安装dva-s7-sps7 
（3） 通讯设置基本步骤
·设置传动参数
· plc硬件配置
·创建数据块
·编写通讯程序
· 系统调试
（4） 传动参数的设置
·p053 = 3    参数使能
·p090 = 1    cbp板在2#槽
·p918 = 3    从站地址
·p554.1=3001  控制字pzd1
·p443.1=3002  主给定pzd2
·p694.1=968   状态子pzd1
·p694.2=218   实际值pzd2

5  plc与传动变频器通讯程序
      要实现通讯功能，正确的程序编写是非常重要的，下面将以西门子的s7-416 plc和6se70变频器为例来介绍通讯的程序编写。
（1） 基本配置和定义
基本配置如图3所示:

图3  基本配置界面

主站master为cpu-416-2dp  
从站slave为6se70传动装置，profibus地址是3  
输入地址:  iw 256 （ 2 words pzd）;  
输出地址:  qw256 （2 words pzd ）; 
ppo类型:  3;   总线接口:  rs485。   
（2） 使用的功能块
 ob1  main cycle 主循环
 sfc14  dprd-dat 读数据系统功能块
 sfc 15  dpwr-dat 写数据系统功能块
 db100  数据存取 （dbw0 –dbw4是读出，
 dbw5-dbw8是写入）
 mw200  mw210 通讯状态显示
（3） 简单程序编写（如图4）

图4  程序编写界面

ob1
network1:  读出数据
call        sfc 14
laddr      w#16#100
ret-val    mw200
record     p#db100.dbx0.0 byte 4
network2:  显示数据
          l   db100.dbw  0
          t   mw50
        nop   0
network3:  写入数据
          l   w#16#efff
          t   db100.dbw  5
network4:  发送数据
call         sfc 15
laddr       w#16#100
record      p#db100.dbx5.0 byte 4
ret-val     mw210
把程序存储编译下装，检查传动装置的参数设置后，即可上电进行调试。

6  结束语
      通过上述介绍，我们可以以profibus-dp总线为基础通过网络配置和参数设定来建立plc和传动装置之间的通讯，并通过参数的变化来实现对装置的启停控制，快慢调速等功能。借助于编程器可plc在线查看从装置读取上来的状态和实际反馈值，在装置pmu上也可查看主给定。通讯技术的实现了自动化的更加广泛应用。

1 引言
商场营业厅等大型公众室内建筑空调新风系统为人群提供舒适健康购物环境，但同时也会消耗着大量的能源。如何有效地解决这个问题，就需将环境对人的影响进行分析。资料显示，室内空调计算温度与耗能量有直接的关系，因此通过合理的设定室内空调的运行参数，既可以满足人体对环境健康性要求的同时，又可以达到节能的目的，降低空调系统运行时间，节约费用。其中二氧化碳co2是衡量空气质量的重要指标，为了在节能的同时提供适宜空气环境，需对co2进行监测与调节。本文以某3层商场中央空调系统作为设计案例。
商场中央空调系统主要负责卖场楼层的冷暖供给，其中下层主要为商铺和车库，其它楼层为卖场区域。因卖场商品分区摆放，各区域功能不同，造成人流密度分布不均，导致各区域温度与co2浓度差异，同时考虑到超市空调为悬挂式安装，冷（暖）风分区供给、就地回风，所以本系统采用通过devicenet现场总线网络进行区域控制、局部微调、集中管理的控制策略。商场的特点是不同时间、不同时段人流量差异较大，温度以及co2浓度也伴随人流量的变化而变化，如人流量在、节假日增多，温度、co2浓度也相对较高，平时相对较少。项目设计要求控制系统根据现场环境对温度、co2 浓度自动调节。
2 商场中央空调自动化系统
2.1总体结构设计
项目选用台达机电自动化技术平台集成实现。根据空调机组分布特点，对于co2浓度和室内温度采用区域控制。冷（热）水和风机采用vwv（变水量空调系统）、vav（变风量空调系统）混合控制模式，由此达到舒适和节能目的。整个大楼共分为三层，一层3台ahu（空调机组），二层3台ahu，三层2台ahu、1台pah，每层都由不同的功能区域组成。所有ahu和pah（柜式空气处理机组）由1台总控制器来负责整体控制。每台ahu、pah都有1台各自独立的控制箱。整体架构如图1所示。

图1 空调自动化系统整体结构
2. 2 总控制器结构
总控制器主要由台达触摸屏、plc以及dvpdnet主站模块构成。总控制器通过台达的devicenet总线与现场控制器通讯，进行数据交换。触摸屏通过rs485总线以modbus协议与总控制器通讯，****各台ahu的运行状态。现场控制器的温度与co2浓度可以通过总控制器的触摸屏来设定，设定好的数据通过devicenet通讯分发给各现场控制器。通过台达dvpdnet主站模块对整个网络进行管理，并通过人机界面显示各网络节点的状态。当网络上的节点发生异常时，相应的指示灯点亮。实时显示主站模块的状态，当主站模块发生错误时，显示主站模块的错误代码。
2.3 现场控制器
现场控制器主要由台达modbus/devicenet转换模块dna02、plc、变频器、接触器等部件构成。现场控制器接受总控制器的温度、co2浓度设定指令。现场控制器之间还可以通过总控制器实现数据共享，将采集到的温度、co2浓度等信号传送给与该区域相关的其他现场控制器。现场控制器控制ahu、pah空调机的风机转速、冷（热）水阀门开度和新风阀开度来调节室内温度和co2浓度。
2. 4 ahu的控制流程
空调机组ahu操作箱可以选择自动控制或手动控制。自动控制时，现场温度及co2浓度由台达plc智能控制在允许的设定范围内；当操作箱出现故障时(如传感器损坏、出现通讯故障等)，可以选择将变频器以固定频率运行或者工频运行，以便检修。
2. 5 对于co2的浓度和人流量的处理
在卖场中，根据空间区域布置co2传感器位置，主要在人员集中密集处采集co2浓度值。co2传感器就近接线于现场控制箱的plc，此信号经过集中控制器发送给本区域相关的空气处理机组的控制器，然后由各台ahu通过调整新风阀门开度来引进新风量，调节室内co2浓度。新风阀门的开度的大小是通过co2浓度、室外温度的目标值依据其权重的大小来进行pid控制的。
2. 6 火警连锁
系统与安防系统连动，当发生火警时，总控制器上人机出现报警画面，同时空调机停止工作，水阀、风阀关闭，排烟系统启动，排出烟雾。本系统提供一个干接点与安防系统连动。
3 devicenet网络配置设计
按照表1分别对网络上的节点进行设置。使用devicenet网络配置工具配置网络。
表1 网络节点设置

模块名称节点地址通讯速率dvpdnet-sl主站模块00500k bpsdna0201500k bpsdna0202500k bps……… …… …dna0209500k bps
3.1 devicenet从站配置
（1）打开devicenetbuilder软件，软件界面如下所示。

（2）选择『设置（s）』功能点『通讯设置』，选择『系统通道』指令。

（3）在此对计算机与 sv主机的通讯参数进行设置。如”通讯端口”、”通讯地址”、”通讯速率”、”通讯格式”。设置正确后，点击『确定』按钮，返回主界面。
（4）选择『网络（n）』菜单点『在线』指令。
（5）弹出下所示窗口：

（6）按『确定』对devicenet网络进行扫描，正常情况下弹出扫描进度条，如下图所示。按『取消』返回主画面：

（7）如果上述对话框的进度条一直没有动作，则说明 pc 和 sv plc通讯连接不正常或pc上有其他程序使用串口。扫描结束后，会提示”扫描网络已完成”。此时，网络中被扫描到的所有节点的图标和设备名称都会显示在软件界面上，在此例中dvpdnet的节点地址为01，如下所示：

（8）用鼠标双击vfd-f drives节点，弹出下图所示窗口：

（9）在此对vfd-f变频器的识别参数以及io信息进行确认。确认配置无误后，点击『确定』按钮。返回主界面。
其它从站（如plc等）的配置与节点1操作步骤类似，这里不再赘述。
3.2 dvpdnet主站模块（主站）的配置
（1）双击dnet scanner（节点0）的图标，弹出”主站模块配置…”对话框，可以看到左边的列表里有当前可用节点vfd-f drives 230v 50hp，dvp-ss/sa/ehplc，vfd-f drives 230v 20hp，dvp-ss/sa/eh plc，vfd-m drives 230v5hp，dvp-ss/sa/eh plc… …。右边有一个空的”扫描列表”：

（2）将上图中左边列表中的 devicenet 从站设备移入主站模块的扫描列表中。具体步骤为：选中 devicenet从站节点，然后点击" >"，如下图所示。按照此步骤，即可将 devicenet从站节点依次移入到主站模块的扫描列表内：

（5）点击『是』按钮，将配置下载至主站模块，确认plc处于run模式。
3.3 dvpdnet-sl主站模块和从站的io数据映射
dvpdnet-sl主站模块→devicenet从站

dvpdnet-sl主站模块寄存器
从站设备元件装置d6287→vfd-f drives 230v50hp变频器vfd-f变频器命令字d6288vfd-f变频器频率字d6289plcd500（温度设定信号）d6290vfd-fdrives 230v20hp变频器vfd-f变频器命令字d6291vfd-f变频器频率字d6292plcd500（温度设定信号）d6293d501（co2浓度设定信号）………………………………d6314vfd-fdrives 230v 20hp 变频器vfd-f变频器命令字d6315vfd-f变频器频率字d6316plcd500（温度设定信号）
devicenet从站→dvpdnet-sl主站模块

dvpdnet-sl主站模块寄存器
从站设备元件装置d6037←vfd-fdrives 230v50hp变频器vfd-f变频器状态字d6038vfd-f变频器设置频率d6039plcd408（现场温度信号）d6040vfd-fdrives 230v20hp变频器vfd-f变频器状态字d6041vfd-f变频器设置频率d6042plcd500（现场温度信号）d6043d501（现场co2浓度信号）………………………………d6064vfd-fdrives 230v 20hp变频器vfd-f变频器状态字d6065vfd-f变频器设置频率d6066plcd408（现场温度信号）
3.4保存配置数据
选择『文件（f）』菜单中『保存(s)』命令，将当前的网络配置保存。b
4 devicenet网络****
4.1 实现原理
主站模块对扫描列表中的节点进行实时监控，并将扫描列表中的每个节点的状态映射到一个位，使用者可以通过监控d6032~d6035的内容获取各网络节点的状态信息。plc装置与网络节点的对应关系如表2所示。
表2 装置与网络节点的对应关系

plc元件

对应网络节点

b15

b14

b13

… …

b2

b1

b0

d6032

节点15

节点14

节点13

… …

节点2

节点1

节点0

d6033

节点31

节点30

节点29

… …

节点18

节点17

节点16

d6034

节点47

节点46

节点45

… …

节点34

节点33

节点32

d6035

节点63

节点62

节点61

… …

节点50

节点49

节点48

当扫描列表中的节点正常时，相应的位为off状态，当扫描列表中的节点发生异常时，相应的位为on状态。用户通过监控d6036的内容实时获取主站模块的状态信息。当主站模块正常工作时，d6036的内容为0；当主站模块处于初始化时，d6036高字节内容为1，低字节内容为0；当主站模块发生错误时，d6036高字节内容为2，错误的详细信息参考d6036低字节的错误代码：

plc元件

说明

b15

b14

b13

b12

b11

b10

b9

b8

b7

b6

b5

b4

b3

b2

b1

b0

d6036

主站模块状态

（0：正常，1：初始化，2：错误）

主站模块错误代码

　

　

4.2 plc元件说明

plc元件

元件说明

m0~m63

节点0~节点63状态指示

c0~c63

节点0~节点63错误计数器

m100

当m100=on时，主站处于正常状态

m101

当m101=on时，主站处于初始化状态

m102

当m102=on时，主站处于错误状态

d10

主站的错误次数

d11

主站的错误代码

4.3 plc程序（devicenet网络监控部分）设计

4.4 devicenet现场总线控制系统特点
与传统的控制系统相比，基于现场总线产品的空调系统具有以下特点：
（1）布线简单，节省安装费用。devicenet通过一根通讯线实现整个网络各节点之间的通讯，相对于传统的点对点控制系统，节省大量的电缆，缩短的安装时间，降低了安装费用。
（2）可靠性高。devicenet通过一根通讯线控制整个网络。主站模块对整个网络实时监控，通过监控主站模块，能够迅速的获知发生故障的节点设备，便于快速排除故障；当网络上的某一节点发生故障，不会影响其它节点的正常工作。