1. PROFIBUS是一种国际化、开放式现场总线标准。该标准可以实现数据在各类自动化元件之间互相交换。广泛适用于制造业自动化,流程工业自动化和楼宇,交通电力等其他领域自动化。为实现综合自动化和现场设备智能化提供了有效的解决方案。

  2. PROFIBUS由三个兼容部分组成,PROFIBUS-DP (Decentralised Periphery,分布式外设) 和PROFIBUS-PA (Process Automation,PROFIBUS-FMS (Fieldbus Message Specification,现场总线信息规范)。使用主-从方式,通常周期性地与变频器装置进行数据交换。PRNV PROFIBUS-DP 适配器模块只支持PROFIBUS-DP 协议。

  3.  总线的物理传输媒介是双绞线(符合RS-485标准)、双线电缆或光缆。波特率从9.6kbit/s到12Mbit/s。总线电缆的最大长度在100-1200 米范围内,具体长度取决于所选的传输速率(参见技术数据 章)。在不使用中继器时最多可以有31个节点连接到同一个PROFIBUS 网络段上。如果使用中继器,连接到网络上的节点数( 包括中继器和主机站) 可以增加到127个。

  4. 在PROFIBUS 通讯中,各主站间令牌传递,主站与从站间为主—从传送。支持单主或多主系统。由主机站--通常是一个可编程的逻辑控制器 (PLC) --选择响应主机指令的节点。循环主—从用户数据传送和非循环主—主数据传送主机也可以用广播的形式给多个节点发送命令;在这种情况下,节点不需要给主机发送反馈信号。在PROFIBUS 网络上,节点之间不能进行通讯。

  5. PROFIBUS 协议在EN 50170 标准中有详细叙述。想获取更多关于PROFIBUS 方面的信息,请参考上面提到的EN 50170 标准。

A.2.1 产品命名规则

通讯卡命名规则,产品型号:

image.png

标识

标识说明

说明

产品类别

EC:扩展卡

板卡类别

TX:通讯卡

技术版本

用1、3、5、7奇数来表示技术版本的第1、第2、第3、第4代

板卡类型区别

03:PROFIBUS+Ethernet通讯卡       

04:Ethernet+CAN通讯卡

A.2.2 EC-TX-103通讯卡

EC-TX-103通讯卡是变频器的可选件,可以将变频器连接到一个PROFIBUS网络。在PROFIBUS网络上,变频器为从属设备。通过EC-TX-103通讯卡,可以完成如下功能:

● 向变频器发出控制命令 (启动、停止、故障复位等)。

● 给变频器发送速度或转矩给定信号。

● 从变频器中读取状态值和实际值。

● 修改变频器参数值。

关于变频器设备所支持的命令,请参阅P15组功能码描述。INVT变频器连接到PROFIBUS总线中的结构图如图所示:

image.png

A.2.3 EC-TX-103通讯卡外形结构

image.png

EC-TX-103通讯卡外形图

1、与控制板的接口  2、总线通讯接口  3、总线终端器  4、状态指示LEDs  5、以太网接口

image.png

EC-TX-103通讯卡外形尺寸图(单位:mm)

A.2.4 EC-TX-103通讯卡兼容机型

EC-TX-103通讯卡与下列产品兼容:

● EC-TX-103通讯卡与Goodrive300变频器以及现有所有支持PROFIBUS扩展的变频器兼容。

● 所有支持PROFIBUS-DP 协议的主机站。

A.2.5 交货清单

EC-TX-103通讯卡的包装箱内包括:

● EC-TX-103通讯卡

● 三个螺钉 (M3x10)

● 产品说明书

如果发现有某种遗漏,请与深圳英威腾或供货商联系解决。由于产品升级而引起的资料变更,恕不另行通知。

A.2.6 EC-TX-103通讯卡安装

A.2.6.1 EC-TX-103通讯卡机械安装

1、安装环境

● 环境温度:0℃ ~+40℃

● 相对湿度:5%~95%

● 其他气候条件:无凝露、结冰、雨、雪、雹等,太阳辐射低于700W/m2,气压70~106kPa

● 盐雾和腐蚀性气体含量:污染等级2

● 灰尘和固体颗粒含量:污染等级2

● 振动和冲击:正弦振动9~200Hz时,5.9m/s2(0.6g)

2、安装步骤:

● 用螺钉把通讯卡固定在控制板上。

● 将通讯卡小心地插入控制板的指定位置,并用螺钉进行固定在铜柱上。

● 设置通讯卡的总线终端开关至所需位置。

3、注意

安装前,务必切断设备的电源,并至少等3分钟确保电容器放电完毕。切断从外部控制电路到单元输入和输入端的危险电压。

EC-TX-103通讯卡电路板上的一些电子元件对静电放电很敏感。不要用手接触电路板。如果不可避免地对电子板进行操作,在处理电路板时,请要配戴接地腕带。

A.2.6.2 EC-TX-103通讯卡电气安装

1、节点选择

节点地址是设备在PROFIBUS总线上的唯一的地址,节点的地址号由通讯卡上的旋转节点地址选择开关来选择。节点地址号为两位数,范围在00~99。左边的开关代表第一个数字,右边的开关代表第二个数字。

节点地址 = 10 x 第一个数字值 + 第二个数字值 x 1

2、总线终端器

每段的头和尾各有一个总线终端器,确保操作运行不发生误差。RPBA-01印刷电路板上的DIP开关用于接通总线终端器。总线终端器可以防止总线电缆端的信号反射。 如果通讯卡是网络中的最后一个模块或是第一个模块,总线终端器必须设置为ON。当使用PROFIBUS 带内置终端器的D-sub连接器时,必须断开 EC-TX-103通讯卡终端器。

image.png

A.2.6.3 EC-TX-103通讯卡总线网络连接

1、总线通讯接口

屏蔽双绞铜线(符合RS-485标准)传输是PROFIBUS最常用的的一种传输方式,采用的电缆是屏蔽双绞铜线。

传输技术基本特征:

● 网络拓扑:线性总线,两端有有源的总线终端电阻。

● 传输速率:9.6k bit/s~12M bit/s。

● 介质:屏蔽双绞电缆,也可取消屏蔽,取决于环境条件(EMC)。

● 站点数:每分段32个站(不带中继),可多到127个站(带中继)。

● 插头连接:9针D型插头,连接器插针的分配如表所示:

image.png

连接器插针

说明

1

-

未使用

2

-

未使用

3

B-Line

数据正(双绞线1)

4

RTS

发送请求

5

GND_BUS

隔离地

6

+5V BUS

隔离的5V DC供电

7

-

未使用

8

A-Line

数据负(双绞线2)

9

-

未使用

Housing

SHLD

PROFIBUS电缆屏蔽线

+5V和GND_BUS用于总线终端器。一些设备,如光收发器(RS485)可能需要从这些针获取外部供电。

在一些设备中,使用RTS来决定发射方向。在正常应用中,只需使用线A-Line 线B-Line和屏蔽层。

议采用SIEMENS公司生产的标准DB9接头,如果要求通讯波特率大于187.5kbps时,请严格参照SIEMENS的接线标准接线。

image.png

2、中继器

每个分段上最多可接32个站(主站或站),当分段站超过32个时,必须使用中继器用以连接各总线段。串联的中继器一般不超过3个。

注意:中继器没有站地址,但被计算机在每段的最多站数中。

image.png

A.2.6.4传输速率与最大传输距离

电缆最大长度取决于传输速率。下表给出了传输速率和传输距离的关系。

传输率(Kbps

A型导线(m

B型导线(m

9.6

1200

1200

19.2

1200

1200

93.75

1200

1200

187.5

1000

600

500

400

200

1500

200

-----

12000

100

-----

传输线相关参数

传输率(Kbps

A型导线(m

B型导线(m

阻抗(欧姆)

135~165

100~130

单位长度电容(皮法/米)

< 30

< 60

回路电阻(欧姆/千米)

110

--------

线芯直径(毫米)

0.64

> 0.53

线芯截面(平方毫米)

> 0.34

> 0.22

另外除了屏蔽双绞铜线传输以外,PROFIBUS还可以采用光纤传输,PROFIBUS系统在电磁干扰很大的环境下应用时,可使用光纤导体,以增加高速传输的距离。可使用两种光纤导体,一是价格低廉的塑料纤维导体,供距离小于50米情况下使用,另一种是玻璃纤维导体,供距离小于1公里米情况下使用。

A.2.6.5 PROFIBUS总线连接示意图


image.png

上图为“端子”接线示意图,电缆是标准PROFIBUS 电缆,由一个双绞线和屏蔽层组成。PROFIBUS 电缆屏蔽层在所有节点上都是直接接地。用户可根据现场实际情况选择最好的接地方式。

注意:

     当连接各站时,应确保数据线不要拧绞,系统在高电磁发射环境下运行应使用带屏蔽的电缆,屏蔽可提高电磁兼容性(EMC)。

     如用屏蔽编织线和屏蔽箔,应在两端与保护接地连接,并通过尽可能的大面积屏蔽接线来复盖,以保持良好的传导性。另外建议数据线必须与高压线隔离。

     超过500K bit/s的数据传输速率时应避免使用短截线段,应使用市场上现有的插头可使数据输入和输出电缆直接与插头连接,而且通讯卡插头连接可在任何时候接通或断开而并不中断其它站的数据通信。

A.2.7 系统配置

1、系统配置

在正确的安装好EC-TX-103通讯卡之后,需要对主机站和变频器进行配置才能使主机站与通讯卡建立通讯。

在PROFIBUS总线上的每一个PROFIBUS从站都要有一个“设备描述文件”称为GSD文件,用来描述该PROFIBUS-DP设备的特性。我们提供给用户的软件中包含变频器相关的GSD文件(设备数据文件)信息,用户可以从当地INVT办事处获得各种主机的类型定义文件(GSD)。

EC-TX-103通讯卡 配置参数

参数号

参数名称

可选设置

缺省设置

0

模块类型

只读

PROFIBUS-DP

1

节点地址

0~99

2

2

波特率设置

kbit/s

0:9.6

6

1:19.2

2:45.45

3:93.75

4:187.5

5:500

Mbit/s

6:1.5

7:3

8:6

9:9

10:12

3

PZD3

0~65535

0

4

PZD4

同上

0

……

同上

0

10

PZD12

同上

0

2、模块类型

该参数显示由变频器检测到的通讯卡的型号,用户不能调整该参数值。如果该参数没有被定义,则不能在通讯卡与变频器之间建立通讯。

3、节点地址

在PROFIBUS网络中,每台设备都对应一个唯一的节点地址,使用节点地址选择开关来定义节点地址(开关不在0 位置),此时该参数仅用来显示所设置的节点地址。如果节点地址选择开关设置为0,则可以使用该参数定义节点地址

在PROFIBUS网络中,每台设备都对应一个唯一的节点地址。使用节点地址选择开关来定义节点地址,用户不能调整该参数值,仅用来显示所设置的节点地址。

4、GSD文件

在PROFIBUS总线上的每一个PROFIBUS从站都要有一个“设备描述文件”称为GSD文件,用来描述该PROFIBUS-DP设备的特性。GSD文件包含了设备所有定义的参数,包括:支持的波特率、支持的信息长度、输入/输出数据数量、诊断数据的含义等等信息

我们会随机提供一张光盘,里面包含EC-TX-103通讯卡的GSD文件(扩展名为.gsd)。用户可将此GSD文件拷贝至组态工具软件的相关子目录下,具体操作和PROFIBUS系统组态方法可参看相关的系统组态软件说明。

A.2.8 PROFIBUS-DP通讯

1、PROFIBUS-DP

PROFIBUS-DP是一个分布式 I/O 系统,它能使主机使用大量的外围模块和现场设备。数据传输主要呈周期性:主机读取来自从机的输入信息,并给从机发出反馈信号。EC-TX-103通讯卡支持PROFIBUS-DP协议。

2、服务存取点

PROFIBUS-DP通过服务存取点SAP(Service Access points)访问PROFIBUS数据链路层(Layer 2)的服务。每一个单独的SAP都有明确定义的功能。关于服务存取点的更多信息,请参考相关的PROFIBUS主站用户手册,PROFIDRIVE -变速传动用PROFIBUS模型或EN50170标准(PROFIBUS协议)。

3、PROFIBUS-DP信息帧数据结构

PROFIBUS-DP总线方式允许在主站和变频器设备之间进行快速的数据交换。对变频器装置的存取总是按照主-从方式进行的,变频器装置总是从站,且每个从站本身都有明确的地址。PROFIBUS周期性传输的报文,本报文采用16个字(16位)传输,结构如图1所示。


image.png

参数区:

PKW1 – 参数识别

PKW2– 数组索引号

PKW3– 参数值1

PKW4– 参数值2

过程数据:

CW – 控制字( 从主机到从机,见“Goodrive300系列的控制字(CW)”)

SW – 状态字 ( 从机到主机,见“Goodrive300系列的状态字(SW)”)

PZD – 过程数据( 由用户指定)

   (从主机到从机的输出【给定值】,从从机到主机的输入【实际值】)

PZD区(过程数据区):通讯报文的PZD区是为控制和监测变频器而设计的。在主站和从站中收到的PZD总是以最高的优先级加以处理,处理PZD的优先级高于处理PKW的优先级,而且总是传送接口上当前最新的有效数据。

控制字(CW)和状态字(SW)

控制字(CW)是现场总线系统控制变频器设备的基本方法。它由现场总线主机站发送给变频器设备,EC-TX-103通讯卡充当一个网关的作用。变频器设备根据控制字的位码信息作出反应,并且通过状态字(SW)将状态信息反馈给主机。

给定值:变频器设备可以从多种方式接收控制信息,这些渠道有:模拟和数字输入端、变频器控制盘和某通讯模块(如RS485、EC-TX-103通讯卡)。为使PROFIBUS控制变频器设备,必须把通讯模块设置为变频器设备的控制器。

实际值:实际值是一个16位字,它包含变频器设备操作方面的信息。由变频器参数来定义监视功能。作为实际值发送给主机的整数的比例换算取决于所选择的功能,请参考相关的变频器手册。

说明:变频器设备总是检查控制字(CW)和给定值的字节。

任务报文(主站 à 变频器)

控制字(CW):PZD 任务报文的第1个字是变频器的控制字(CW),由于PWM整流回馈部分和逆变部分的控制字的含义不同,因而以下部分将用两个表分别进行说明:

Goodrive300系列的控制字(CW)

名称

进入状态/说明

0~7

COMMAND BYTE

通讯控制命令

1

正转运行

2

反转运行

3

正转点动

4

反转点动

5

减速停机

6

自由停机(紧急停机)

7

故障复位

8

点动停止

9

预励磁

8

WIRTE ENABLE(写使能)

1

写使能(主要是PKW1-PKW4)



9~10

MOTOR GROUP SELECTION(选择电机组别)

00

MOTOR GROUP 1 SELECTION

(选择电机1)

01

MOTOR GROUP 2 SELECTION

(选择电机2)

02

MOTOR GROUP 3 SELECTION

(选择电机3)

03

MOTOR GROUP 4 SELECTION

(选择电机4)

11

TORQUE CONTROL SELECTION(转矩控制选择)

1

转矩控制使能

0

转矩控制禁止

12

ELECTRIC CONSUMPTION CLEAR(用电量清零)

1

用电量清零使能

0

用电量清零禁止

13

PRE-EXCIATION

(预励磁)

1

预励磁使能

0

预励磁禁止

14

DC BRAKE

(直流制动)

1

直流制动使能

0

直流制动禁止

15

HEARTBEAT REF

(心跳给定)

1

心跳使能

0

心跳禁止

设定值(REF):PZD任务报文的第2个字至第12个字是主设定值REF,主频率设定值是由主设定值信号源提供。由于PWM整流回馈部分不存在主频率设定部分,因而对应设定值部分属于保留部分,以下表格中为Goodrive300系列逆变部分的设定值。

名称

功能选择

PZD2接收

0:无效

1:设定频率(0~Fmax(单位:0.01Hz))

2:PID给定,范围(0~1000,1000对应100.0%)

3:PID反馈,范围(0~1000,1000对应100.0%)

4:转矩设定值(-3000~3000,1000对应100.0%电机额定电流)

5:正转上限频率设定值(0~Fmax(单位:0.01Hz))

6:反转上限频率设定值(0~Fmax(单位:0.01Hz))

7:电动转矩上限转矩(0~3000,1000对应100.0%电机额定电流)

8:制动转矩上限转矩(0~2000,1000对应100.0%电机额定电流)

9:虚拟输入端子命令,范围:0x000~0x1FF

10:虚拟输出端子命令,范围:0x00~0x0F

11:电压设定值(V/F分离专用)

(0~1000,1000对应100.0%电机额定电压)

12:AO 输出设定值1(-1000~1000,1000对应100.0%)

13:AO 输出设定值2(-1000~1000,1000对应100.0%)

0

PZD3接收

0

PZD4接收

0

PZD5接收

0

PZD6接收

0

PZD7接收

0

PZD8接收

0

PZD9接收

0

PZD10接收

0

PZD11接收

0

PZD12接收

0

应答报文(变频器 à 主站)

状态字(SW):PZD应答报文的第1个字是变频器的状态字(SW),变频器的状态字定义如下:

Goodrive300系列状态字(SW)

名称

进入状态/说明

0~7

RUN STATUS BYTE

运行状态字节

1

正转运行中

2

反转运行中

3

变频器停机中

4

变频器故障中

5

变频器POFF状态

6

变频器预励磁状态

8

DC VOLTAGE ESTABLISH

母线电压建立

1

运行准备就绪

0

运行准备未就绪

9~10

MOTOR GROUP FEEDBACK

(电机组别反馈)

0

电机1反馈

1

电机2反馈

2

电机3反馈

3

电机4无反馈

11

MOTOR TYPE FEEDBACK

(电机类型反馈)

1

同步电机

0

异步电机

12

OVERLOAD ALARM

(过载预警反馈)

1

过载预报警

0

未过载预报警

13

RUN/STOP MODE

(运行模式选择)

0

键盘控制

1

端子控制

14

2

通讯控制

3

保留

15

HEARTBEAT FEEDBACK

(心跳反馈)

1

心跳反馈

0

无心跳反馈

实际值(ACT):PZD任务报文的第2个字至第12个字是主设定值ACT,主频率实际值是由主实际值信号源提供。

Goodrive300系列实际状态值

名称

功能选择

PZD2发送

0:无效

1:运行频率(*100,Hz)

2:设定频率(*100,Hz)

3:母线电压(*10,V)

4:输出电压(*1,V)

5:输出电流(*10,A)

6:输出转矩实际值(*10,%)

7:输出功率实际值(*10,%)

8:运行转速(*1,RPM)

9:运行线速度(*1,m/s)

10:斜坡给定频率

11:故障代码

12:AI1值(*100,V)

13:AI2值(*100,V)

14:AI3值(*100,V)

15:PULSE频率植(*100,kHz)

16:端子输入状态

17:端子输出状态

18:PID给定(*100,%)

19:PID反馈(*100,%)

20:电机额定转矩

21:控制字

0

PZD3发送

0

PZD4发送

0

PZD5发送

0

PZD6发送

0

PZD7发送

0

PZD8发送

0

PZD9发送

0

PZD10发送

0

PZD11发送

0

PZD12发送

0

PKW区(参数识别标记PKW1-数值区):PKW区说明参数识别接口的处理方式,PKW接口并非物理意义上的接口,而是一种机理,这一机理确定了参数在两个通讯伙伴之间的传输方式,如参数的数值读和写。

image.png

参数识别区

在周期性PROFIBUS-DP通讯中,PKW区由4个字(16位)组成,每个字的定义如下表:

第1个字PKW1(16位)

位15~00

任务或应答识别标记

0~7

第2个字PKW2(16位)

位15~00

基本参数地址

0~247

第3个字PKW3(16位)

位15~00

参数的数值(高位字)或返回值的错误代码

00

第4个字PKW4(16位)

位15~00

参数的数值(低位字)

0~65535

注意:如果主站请求一个参数的数值,主站传送到变频器的报文PKW3和PKW4中的数值即不再有效。

任务请求和应答:当向从机传递数据时,主机使用请求标号,而从机使用响应标号作为其正的或负的确认。下表列出了请求/响应功能。

任务标识标记PKW1的定义如表:

请求标号(从主机到从机)

响应信号

请求

功能

正的确认

负的确认

0

无任务

0

1

请求参数值

1,2

3

2

修改参数值(单字)[只是修改RAM]

1

3或4

3

修改参数值(双字)[只是修改RAM]

2

3或4

4

修改参数值(单字)[RAM和EEPROM都修改]

1

3或4

5

修改参数值(双字)[RAM和EEPROM都修改]

2

3或4

请求标号“2”—修改参数值(单字)[只修改RAM]、“3”--修改参数值(双字)[只是修改RAM]和“5”--修改参数值(双字)[RAM和EEPROM都修改]暂不支持。

应答标识标记PKW1的定义如表:

响应标号(从机到主机)

确认号

功能

0

无响应

1

传送参数值(单字)

2

传送参数值(双字)

3

任务不能被执行,并返回如下错误号:

0:非法参数号

1:参数值不能改变(只读参数)

2:超出设定值范围

3:不正确的分索引号

4:设置不允许(只能复位)

5:数据类型无效

6:任务由于操作状态而不能执行

7:不支持的请求

8:由于通讯错误而不能完成请求

9:在向固定存储区写操作时出现故障

10:由于超时,请求失败

11:参数不能分配到PZD

12:不能分配控制字的位

13:其他错误

4

无参数修改权限

PKW举例:

例1:读参数值;读取键盘设定频率的值(键盘设定频率的地址为10),通过将 PKW1 字设置为1, PKW2设置为10,可以实现该操作,返回值在 PKW4 中。

求(主站->变频器):

image.png

应(变频器->主站):


image.png

例2:修改参数值(RAM和EEPROM都修改);修改键盘设定的频率的值(键盘设定频率的地址为10),通过将 PKW1 字设置为4, PKW2 设置为10,可以实现该操作,需要修改的值(50.00)在 PKW4 中。

请求(主站->变频器):

image.png

响应(变频器->主站):

image.png

PZD举例:PZD区的传输是通过变频器功能码设置来实现的,相关功能码见相关INVT变频器相关用户手册。

例1:读取变频器的过程数据

本例中,变频器参数选择实际值数组中的“8:运行转速”作为PZD3来传输,通过设置P15.14为8来可以实现该操作,这种操作具有强制性,直到该参数被其他选项代替。

响应(变频器->主站):

image.png

例2:将过程数据写入变频器设备

本例中,变频器参数选择给定数组中的“2:PID给定”的值从PZD3中取出,通过设置P15.03为2来可以实现该操作,在每一个请求帧内在参数都会使用PZD3的内容来进行更新,直到重新选择一个参数。

请求(主站->变频器):

image.png

随后,在每一个请求帧内PZD3的内容为牵引力给定,直到重新选择一个参数。

A.2.9 故障信息

EC-TX-103通讯卡配有两个故障显示LEDs如图 所示。这些LEDs 的作用如下:

image.png

故障显示LEDS

LED No.

名称

颜色

功能

1

在线

绿色

-- 通讯卡在线并且数据可以进行交换。

-- 通讯卡不在在线状态。

2

离线/故障

红色

-- 通讯卡离线并且数据不可以进行交换。

-- 通讯卡不在离线状态。

闪烁频率1Hz --配置错误:用户参数数据集的长度在通讯卡初始化过程中与网络配置过程中的长度设置不同。

闪烁频率 2 Hz --   用户参数数据错误:用户参数数据集的长度/内容在通讯卡初始化过程中与网络配置过程中的长度/内容设置不同。

闪烁频率 4 Hz   --PROFIBUS 通讯ASIC初始化错误。

-- 诊断关闭。


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