摘要：主要介紹了由S7—300 PLC、DANFOSS VLT 5000系列變頻器基于PROFIBU DP現場總線技術實現的野戰光纜生產線主動放線絞籠的電氣控制系統，包括用PROFIBU DP現場總線技術控制VLT 5000的方法，控制系統中的參數設置，數據類型以及應用STEP 7組態 PROFIBUS-DP現場總線控制系統的過程和STEP 7軟件編程設計。
關鍵詞： PROFIBU DP現場總線；VI 5000系列變頻器；PLC；主動放線絞籠
1 引言
隨著通信事業的發展，光纖光纜已經進入有線通信的各個領域，包括郵電通信、廣播通信、電力通信和軍事通信等領域。光纜的結構總是隨著光網絡的發展和使用環境的要求而發展，不同的場合、不同的要求造成了光纜多結構的發展趨勢。由于特殊的野外環境，對野戰光纜的要求與室外光纜有著很大的不同。它不僅應具有一定的抗拉強度，還應具有直徑小、柔軟、易彎曲和阻燃的特點。當緊包光纖數量較多或外徑較大時，為使光纜具有較好的彎曲性能，必須使緊包光纖以單螺旋方式絞合。
為了適應這種特殊的絞合方式，野戰光纜的生產需采用專用生產線。如何在緊包光纖絞籠、緊包光纖放線單元退扭的同時以恒定的張力放出光纖，是整條生產線的關鍵工藝之一。因為緊包光纖的張力大小會影響光纖的傳輸性能。張力過小，緊包光纖會淌線；張力過大，則有可能將緊包光纖拉壞。故主動放線絞籠恒張力控制的設計是整條生產線設計的重點。為此我們設計將張力傳感器傳送的電壓信號送給變頻器，再通過PROFIBUS-DP現場總線傳送給PI C，利用PI C 內部的PID過程控制模塊進行調節，之后將控制信號送給變頻器。這樣做的好處是：1）PLC內部的PID過程控制模塊性能比較優越，能夠更好地控制張力。 2）即使出現故障（通信故障、PLC系統故障等），也可以利用DANFOSS變頻器自帶的PID過程控制模塊使生產繼續進行。
2 PROFIBUS—DP現場總線的選擇
現場總線的出現和發展給工業控制領域帶來一次革命性的突破。現場總線技術已成為世界自動化技術的熱點，在我國工業自動化系統中受到極大關注并得到大力推廣。PROFIBUS—DP現場總線技術是一種低成本通信技術，用于設備級控制系統與分散式I／O模塊的通信，具有極好的抗電磁干擾性。使用 PROFIBU～DP現場總線技術，可取代現場的24 V或0～20 mA的并行信號傳輸技術。由于西門子公司對PROFIBU～DP現場總線技術的大力推廣，PROFIBUS產品已被世界市場普遍接受。
丹佛斯公司的VLT系列變頻器配備有專門的PRClFIBUS-DP通信網卡，以便實現變頻器與PLC之間的現場通信。下面以VLT 5000系列變頻器為例，詳細介紹PROFIBUS—DP現場總線控制系統。
3 系統硬件設計
P ROFIBusDP現場總線控制系統的硬件設計如圖1所示。整個控制系統由1臺上位機、1臺PRCIFIBUS-DP主站和8臺PROFIBUS— DP從站及其它現場設備組成。我們使用西門子公司的S7系列PLC，它具有高速、多功能、系統化、網絡化、結構簡單、安裝方便、系統組織靈活、可靠性高以及維護方便等特點。PLC的I／O模塊出現故障時，只需要調換有故障的模塊，不需長時間停產進行設備維修，因此特別適合當前薏爭日益激烈的光纜市場 網絡化和強化的通信能力也是該PI C的一個重要持點。
3．1 系統主站
PROFIBUS-DP系統的主站是SIMATIC S7—300PLC模塊，采用西門子公司推出的CPU 315—2DP。它不僅集成了MPI通信 I：l，還集成了PROFIBUSDP現場總線通信ISl，具有強大的數據處理能力。通過網絡將控制命令和給定速度傳給各變頓器，將各變頻器的啟動停止狀態、運行頻率、模擬量輸入、電流和電壓等信息采集回來進行處理。
3．2 系統從站
作為PROFIBUS—DP系統的從站．DANFOSSVI T 5000系列變頻器實時響應主站發出的各種命令，直接控制現場設備（變頻電動機），同時實時檢測和反饋電機的運行狀態。DANFOSS VI T變頻器具有優越的計算處理性能，故采用VI T 5000系列變頻器。它通過 PROFIBUS-DP通信網卡連接到現場總線網。
4 系統軟件設計
4．1 應用STEP 7組態的PROFIBUS-DP現場總線控制系統
首先要安裝DP V1設備所需要的VLT 5000GSD文件。我們采用S7—300編程工具STEP 7完成硬件組態。在STEP 7的硬件中將 CPU 315—2DP作為系統的主站，然后添加VLT 5000作為系統的從站，共添加8個變頻器從站，分別將它們的通信地址設置為5～12，每個從站插入PPO的模塊類型為6。PPO即參數過程數據對象，其類型如表1所示。
其中，PCA為參數特征；IND表示索引；PVA表示參數變量；CTW 為控制字；sTw 為狀態字；MRV表示主要參考變量；MAV表示主要實際變量（實際輸出頻率）；PCD表示參數過程數據。
這里選用的PPO的模塊類型為6，通信存儲區為8個字節，即CTW／STW（1～2）、MRV／MAV（3～4）、PCD3（5～6）、 PCD4（7～8）。其中，在PCD3、PCD4中可以定義我們想要的參數變量。插入PPO模塊類型6以后系統會自動給各個從站分配輸入輸出地址。例如，第一個變頻器從站分配的輸入輸出地址為256～263，第二個從站分配的輸入輸出地址則為264～271，依次向下分配給八個從站。
4．2 變頻器中PROFIBUS—DP參數值的設定
PROFIBUS-DP通信網卡插入VLT 5000變頻器以后，變頻器會多出一部分參數選項，這些選項專為PROFIBUS—DP現場總線提供。首先要使變頻器中的PPO模塊類型與所組態中插入的PPO模塊類型保持一致（設定參數P904為PPO模塊類型6），然后確定從站變頻器的地址，使從站的地址與所組態的地址保持一致（設定參數P918）。其次選定電報行規準許的控制字的FIELDBUS PROFII （現場總線行規）和 FC DRIVE（FC變頻器行規）。我們這里選用的是FC DRIVE。最后定義PCD過程數據對應的參數值，讀寫的PCD值在P915（寫入過程參數數據）和P916（讀取過程參數數據）設定。
做完以上工作之后，變頻器中的PROFIBUS—DP參數已經基本設定好了。
4．3 軟件編程設計
在主動放線絞籠中，張力傳感器接在VI T 5000變頻器上，模擬輸入端子為54號。讀取張力傳感器送來的模擬電壓信號，并且運用S7—300 PLC內部的PID過程控制模塊進行運算并將控制信號送給變頻器。
用STEP 7對PCD讀寫參數時，調用SFC14、SFC15兩個系統功能模塊。其中SFC14（“DPRD—DAT”）用于讀取 PROFIBU DP從站的數據。如果在數據傳送期間沒有出現錯誤，則已讀取的數據將被輸入到有RECORD標識的目標區域中，其目標區域的長度必須與用 STEP 7選定的模塊的長度相同。SFC15（“DPWR—DAT”）用于將數據寫入PRCIFIBUS從站，利用SFC15可以將RECORD中的數據一致地傳送到已尋址的DP標準從站。數據是同步傳送的，既完成了SFC，也完成了作業。其源區域的長度必須與用STEP 7選定的模塊組態的長度相同。主要的梯形圖如圖2和圖3所示。#p#分頁標題#e#
如圖2所示，將047F Hex送到DB1．DBW32，即寫入控制字，047F為電機的啟動信號。
圖3所示為讀寫PCD參數值的梯形圖，即寫入控制字，然后從中讀取現場設備的狀態，包括啟動停止狀態、模擬信號輸入的給定大小和電機電流等。100H 為硬件組態時從第一個從站讀寫數據的地址。讀取從站的數據到目標區域中，即存放在DB1．DBW32～DB1．DBW39中。DB1．DBW32為接收到的狀態字，DB1．DBW36為接收到的模擬輸入電壓值。DBW36就是需要進行PID處理計算的值。
PIC內部有PID算法控制器，可以調用FB41“CONT．C”模塊來實現連續控制。把模擬信號輸入值送到過程變量輸入端（PV．IN），確定內部設定值（SP．INT），調整積分時間和比例系數進行運算處理。最后把運算得到的控制變量通過PROFIBUS-DP現場總線傳送到變頻器中，即完成整個系統控制。
5 結束語
現場總線控制系統可以對變頻器實現群控，降低了故障率，提高了信號傳輸的可靠性和精度，并且具有安裝簡單、維護簡單和維護量小的優點。因此該系統在世界工業自動化系統中得到廣泛的應用。PROFIBUSDP現場總線技術應用于主動放線絞籠中能夠滿足生產線的各項功能要求，而且由于通信方式的實現，可以減少設備的生產成本。相信在不久的將來，現場總線技術在光纖光纜生產線中將得到
參考文獻
[1]鄒益仁。馬增良．現場總線控制系統的設計和開發．北京：國防工業出版社
[2] DANFOSS VLT 5000系列操作說明書
[3]DANFDSS VLT 5000／5000 FLUX／6000 HVAC／8000AQUA PROFIBUS DP Vl OPERATING INSTRUCT10NS
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