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什么是plc的功能块图编程

变频器由于其应用简便和性能可靠，已成为工业传动装置中的电机控制器，现代变频器采用微计算机数字控制技术构成，并提供了标准的工业通讯接口和内置协议（如profibus、ccbbbb等），为变频器的远程监控提供了必要的基础。

  功能块图用来描述功能、功能块和程序的行为特征，还可以在顺序功能流程图中描述步、动作和转变的行为特征。功能块图与电子线路图中的信号流图非常相似，在程序中，它可看做两个过程元素之间的信息流。功能块图普遍地应用在过程控制领域。

    功能块用矩形块来表示，每个功能块的左侧都有不少于一个的输入端，在右侧有不少于一个的输出端。功能块的类型名称通常写在块内，但功能块实例的名称通常写在块的上部，功能块的输入、输出名称写在块内输入、输出点的相应地方。

    1)功能块图的信号流

    在功能块网络中，信号通常是从一个功能或功能块的输出传递到另一个功能或功能块的输入。信号经由功能块左端流入，并求值更新，在功能块右端流出。

    布尔信号的取反：在使用布尔信号时，功能或功能块的取反输入或输出可以在输入端或输出端用一个小圆点来表示，这种表示与在输入端或输出端加一个“取反”功能是一致的。

    信号反馈：功能块图允许功能块的输出反馈回网络左侧的功能块输入，形成反馈路径。

    2)功能块网络设计

    功能块图的设计应该保证主信号流的线路清晰，避免过多的信号跨接和线路方向改变。

    3)功能的执行控制

    功能块图网络中的功能执行控制隐含地从各功能所处的位置中表现出来。每一功能的执行隐含地由一个输入使能EN控制，该输入EN是一个布尔类型变量，允许功能有选择地求值。当输入EN为TRUE时，该功能就执行，否则功能不执行。功能的输出ENO也是…个布尔变量，当ENO从FALSE变成TRUE时表明功能已经完成了求值。

    4)跳转和标注

    功能块图允许使用“Jump”功能使功能块图控制从程序的一个部分跳转到另一个由标识符“Lable”标识的部分继续执行。

　　profibus-dp做为现场总线profibus标准中一种，是一种高速（数据传输率为9.6kb/s～12mb/s）、经济、可靠的现场级网络，已经在工业控制得到了广泛的应用。

　　本文以三菱公司的fr-a740变频器为基础，研究了simenz s7-300 plc与fr-a740在profibus-dp网络中通讯的实现，它在笔者所参与的胎面挤出生产线中得到了实践论证。为后续建立变频器的集中监控打下了基础。

    2  基于profibus-dp控制系统结构的构建

　　fr-a740与profibus-dp网络的连接是通过安装a7np通讯卡来实现的，其典型配置如图1所示，我们可以把系统分为三层结构，分别为监控层、控制层、执行层。ipc作为监控层，采用mcgs组态软件，用于对系统进行监控，plc做为控制层，它作为工控机与变频器之间的桥梁，一方面，它对变频器进行控制，另一方面将生产线上信息（如变频器的速度、报警等）传达给工控机，其中ipc与plc采用mpi（multipoint interface）。变频器作为执行层，将plc下达的指令执行，实现对电机的控制。

            图1  基于profibus-dp控制系统结构图

     3  变频器数据通讯的实现

　　3.1 参数设置

　　在进行设备通讯之前，必须对变频器的相关参数进行设置，在a7np卡上设置网络节点地址，必须要与step 7硬件组态中设置的地址完全一致，这个设置主要通过a7np上sw3，sw1两个旋钮开关来调节的，其他主要参数设置如表1所示，它们是在fr-a740的操作面板设置的。

　　3.2 profibus通讯协议

　　对于调速驱动装置，根据变速驱动行规，在周期型通道中传输的数据结构被定义为参数过程数据对象pp0(bbbbbeter process bbbbbb)。这个通道经常被称为标准通道，其中包含有用的用户数据。可用的数据结构分为两个部分且能用报文分别传送：过程通道pzd部分、参数通道pkw部分，具体的协议报文结构如图2所示。

            图2  profibus-dp报文中有效的数据结构

　　变速驱动行规对ppo的结构、长度作了更具体的规定，常用的参数过程数据对象ppo一共有5种类型，按照可用数据有无参数通道及过程通道的数据字的多少来划分：

　　(1)可用数据有数据区而无参数区，有两字或六个字的过程数据，如ppo3和pp04。

　　(2)可用数据有参数区和数据区，且有两个字、六个字或是个字的过程数据，如ppo1、ppo2、ppo5。常用的ppo类型如表2所示。选用那种类型的pp0，取决于在硬件组态中的设置。过程数据在传动系统中总是以高优先级进行传送和处理，它主要传送传动装置的状态信息和控制信息。参数数据运行存取传动系统的所有参数。它能够在不影响过程数据传输性能的情况下，从上一级系统调用参数值、诊断值、故障信号等。

　　pkw区说明参数数值（pkw）的数据接口处理方式。pkw接口并非物理意义的接口，而是一种通讯机理。这一机理确定了参数在两个通讯伙伴之间(如plc和变频器之间)的传输方式。pkw参数区一般包含4个字。前两个字（pke和ind）的信息是关于主站请求任务（任务识别标记id）和从站应答响应（应答识别标记id）的报文。pkw的后两个字（pwe1和pwe2）用来读写具体的参数数值。

　　pkw参数通道的个字是参数标识符pke。位0到10（pnu）包括所请求的参数号，它决定所要执行的参数读写任务访问的是数组参数中的哪一个元素。位11（spm）是用来参数变更报告的触发位。位12到位15（ak）包括任务标识id和应答标识id.pkw参数通道的第二个字变址ind的位12到15位是参数号pnu的扩展页号，它和参数标识符基本参数号pnu共同产生完整的传动装置参数号。变址ind的0到7位为带数组的参数寻址提供数组下标，决定访问数组参数的哪一个元素。

　　第三和第四字为参数数值（pwe）。参数值总是以双字来传送，在ppo报文中，一次只能传送一个参数值，由pwe1(高位字)和pwe2（低位字）共同组成一个32位参数数值。当用pwe2传送一个16位参数值，必须在dp主站中设置高位字pwe1为零。

　　利用pkw参数通道修改驱动装置参数必须遵守以下规则：

　　（1）一个任务或一个应答仅能涉及一个参数。

　　（2）主站必须重复地发送任务报文直到从从站那里得到相应的应答报文。主站通过对应答识别id、参数号、变址下标和参数值的处理识别任务的应答。

　　（3）完成的任务必须送出一个报文，对于应答也一样。

　　（4）在应答报文中重复的实际值总是当前的新值。

　　（5）如果在周期工作中不需要pkw参数通道的信息而只需要pzd过程通道的信息，则任务id被发布为“无任务(用0表示)”。

　　 过程通道pzd区是为监测和控制调速驱动装置而设计的，在dp主站和从站中收到的pzd报文总是以高的优先级处理，即处理pzd过程通道的优先级高于处理参数通道pkw的优先级，pzd过程通道总是传送调速驱动装置上当前新的有效数据。通常dp主站给传动装置的任务报文中，个pzd字为控制字，第二个字为主设定值；传动装置给dp主站的响应报文中，个pzd字为状态字，第二个字为主实际值。

　　本文中fr-a740采用pp03的数据传输结构，用过程通道（pzd）控制和监测变频器的工作，而没有使用参数通道（pkw）修改变频器的内部参数。pp03的数据结构如表3所示。

　　主站给fr-a740的pzd任务报文的个字pzd1是变频器的控制字(stw)，其每一位的含义如表4所示。

　　对于变频器收到的控制字，其中位10必须设置为1。如果位10是0，变频器将以从前的控制方式继续工作。主站给变频器的pzd任务报文的第二个字pzd2字是变频器的主设定值（hsw）,即主频率设定值，以十六进制发送，小单位是0.01hz。

　　变频器给主站的pzd应答报文的个pzd字是变频器的状态字（zsw）,其每一位的含义如表5所示。pzd应答报文的第二个字是主要的运行参数实际值（hiw）。通常，把它定义为变频器的实际输出频率。

    4  plc程序的编写

　　在编写变频器通讯程序时，应该读取变频器的状态字，判断变频器是否准备就绪，如果没有就绪则判断是否存在故障，若有故障要判断故障的类型，给出相关的故障提示信息。根据操作指令组装控制字，设定主频率值，实时读取从站的应答报文，完成运行状态的在线显示。其程序结构框图如图3所示。

             图3  变频器通讯程序流程图

　　plc作为总线主站读pzd应答报文是通过调用s7系统功能sfc14(dprd_dat)来实现，sfc14用于从一个标准的profibus-dp从站读取一串连续的数值，读取数值的长度取决于cpu的类型，它有三个形式参数：dp从站的读数据区的首地址、存放数据变量的首地址、存放错误代码的地址。若能正确读取数据，错误代码返回0000(hex);若读取出错，错误代码为非零值。同理，写pzd报文是通过调用系统功能sfc15(dpwr_dat)来实现的，它也有三个入口参数：dp从站写数据区的首地址、存放待写入数据变量的首地址、存放错误代码的地址。若正确写人，错误代码返回0000（hex）;若写入出错，错误代码为非零值。以下是部分程序代码。

            call  "dprd_dat"    //调用sfc14 读取pzd应答报文

            laddr  :=#addres_iw    //dp从站读数据区的首地址

            ret_val:=#error_code_i

            -n//存储错误代码的返回变量

            record :=#bpq_in //存放应答报文的首地址

            l w#16#f

            l #bpq_in.state_pzd[1]  //pzd1字

            aw  //判断变频器是否就绪

            jn nr     //没有准备就绪

              clr

              = #fault     //清内部故障标志位

            l #control_word1

            t bpq_out.control_pzd[1] //写从站固定控制字

            spee:  l #speed_iw                    

            t bpq_out.control_pzd[2]  //写主频率给给定数值

            call "dpwr_dat"       //调用sfc15写pzd任务报文

            laddr  :=#addres_qw   //dp从站写数据区的首地址

            record :=#bpq_out        //存放任务报文的首地址

            ret_val:=#error_code_

            -out    //存储错误代码的返回变量

            nop

            call "dprd_dat"     //调用sfc14读取pzd应答报文

            laddr  :=#addres_iw

                 ret_val  :=#error_code

            _in

            record   :=#bpq_in

            l #bpq_in.state_pzd[2]

            t #actual_speed         //读取主频率实际运行值

            ju  end

            nr: l w#16#8

            aw                      //判断变频器是否有故障

            jz   end

            set

            = #fault

            //添加判断错误和故障的代码，并将相应的错误类型写入存储区

            end:    be

    5  结束语

　　本文讨论了fr-a740在profib-us-dp网络中通讯的实现方法，该方法已经在作者的项目中通过调试，实际运行表明设备通讯控制良好、可靠。 

占位模块用来给未参数化S7-300的信号模块保留插槽。 它作为信号模块的替换所安装。当更换信号模块时，整个配置的机械结构和地址分配都保持不变。

技术规范