تنظیمات درایو برای Profibus

Posted by

۱۴۰۵-۰۶-۲۶

On ۱۳۹۷-۱۲-۱۳

راهنمای جامع پیکربندی درایو در شبکه Profibus (ساختار PPO، PZD و PKW)

در کنترل و راه‌اندازی انواع اینورتر و درایو از طریق بستر شبکه پروفی‌باس، تبادل داده‌ها بر پایه دو ساختار اصلی Control Word (کلمات کنترلی) و Status Word (کلمات وضعیت) انجام می‌پذیرد.

۰۱

مفاهیم پایه: Control Word و Status Word

Control Word (CW / CTW)

مجموعه فرامین کنترلی ارسالی از سمت PLC به درایو است؛ شامل فرمان‌های Start/Stop، تغییر جهت چرخش، ریست فالت، توقف اضطراری و رفرنس سرعت (Setpoint).

Status Word (SW / STW)

بسته‌های داده‌ای ارسالی از سمت درایو به PLC جهت مانیتورینگ وضعیت آنلاین؛ شامل وضعیت آماده‌به‌کار، آلارم‌ها، خطاها و مقدار فیدبک سرعت واقعی.

دیاگرام ارتباط PLC و درایو در شبکه پروفیباس — شکل ۱: دیاگرام مفهومی تبادل دیتا بین کنترلر PLC و درایو صنعتی

۰۲

ساختار پارامتری PPO (Parameter Process Object)

بر اساس پیکربندی اعمال‌شده در نرم‌افزار مهندسی PLC، نحوه تخصیص رجیسترها براساس استانداردی به نام PPO انجام می‌شود. PPO برای انواع درایوهای صنعتی در ۵ تیپ اصلی (PPO1 تا PPO5) تعریف شده که ترکیب دو ناحیه داده‌ای هستند:

PKW

Parameter-Kennung-Wert

ناحیه شناسه و مقادیر پارامتری جهت خواندن و نوشتن پارامترهای داخلی درایو

PZD

Prozessdatenbereich

ناحیه دیتای فرآیندی جهت انتقال بلادرنگ فرامین، وضعیت‌ها و فیدبک‌ها

انواع تیپ های PPO1 تا PPO5 در پروفیباس — شکل ۲: جدول ساختار تیپ‌های مختلف PPO1 تا PPO5 و تفکیک PKW / PZD

۰۳

عملکرد ناحیه داده‌ای فرآیند (PZD)

در بخش PZD (Process Data) پارامترهای استاتیک قرار ندارند؛ بلکه فرامین حرکتی و فیدبک‌های ضروری تبادل می‌گردند. استفاده بهینه از تیپ PPO مانع از تحمیل بار اضافه به سیکل تبادل شبکه (Bus Cycle) می‌شود:

~۲۰ ms تاخیر با استفاده از PZD خالص (مانند PPO3)

~۵۰ ms تاخیر در ترکیب همزمان PZD + PKW

فریم ارتباطی پروفیباس و کلمات PZD — شکل ۳: نحوه گنجانده شدن PZD در فریم دیتاهای تبادلی شبکه پروفی‌باس

کانال دیتای فرآیندی	در Control Word (ارسال از PLC به درایو)	در Status Word (ارسال از درایو به PLC)
`PZD1`	فرمان‌های کنترلی اصلی (Run, Stop, Direction, Fault Reset)	وضعیت جاری عملکرد درایو (Ready, Fault, Alarm, Running)
`PZD2`	مقدار سرعت مبنا و مرجع (Speed Setpoint)	مقدار سرعت لحظه‌ای و واقعی موتور (Actual Speed)
`PZD3 ... PZD10`	فرامین و ضرایب ثانویه (گشتاور، شتاب و …)	فیدبک جریان، ولتاژ DC Bus، گشتاور و دمای ماژول قدرت

۰۴

تحلیل بیت‌های کنترلی (Control Word 1 – PZD1)

در تمام پروفایل‌های استاندارد PPO، بیت‌های کنترلی در اولین ورد PZD1 قرار دارند. نمونه کدهای هگزادسیمال متداول برای ارسال به PZD1 عبارتند از:

جدول بیت های کنترلی Control Word 1 — شکل ۴: تخصیص بیت‌های ۱۶گانه PZD1

کدهای پرکاربرد هگز برای درایو در پروفیباس — شکل ۵: مقادیر متداول هگز جهت کنترل حرکت

447F Hex استارت راست‌گرد (CW): فعال‌سازی درایو با شیب تعریف‌شده (بیت 0 = 1 و بیت 14 = 1).

047F Hex استارت چپ‌گرد (CCW): فعال‌سازی در جهت معکوس (بیت 0 = 1 و بیت 14 = 0).

447E Hex توقف عادی (OFF1): قطع فرمان حرکت و توقف موتور مطابق شیب Ramp-Down.

447D Hex توقف اضطراری (Fast Stop / OFF2/3): توقف سریع یا قطع فوری خروجی.

44FE Hex ➔ 447E Hex ریست خطا (Fault Ack): یک و سپس صفر کردن بیت ۷ جهت ریست آلارم‌ها.

۰۵

محاسبات و مقیاس‌گذاری رفرنس و فیدبک سرعت (PZD2)

در استاندارد زیمنس و اکثر درایوهای صنعتی، مقیاس ۱۰۰٪ سرعت اسمی فرکانس (برای مثال ۵۰ هرتز) برابر با مقدار هگز 4000Hex (معادل 16384 دسیمال) است.

فرمول ارسال رفرنس سرعت از PLC به درایو (Setpoint):

$$PZD2 = \frac{16384 \times F}{50}$$

$F$ فرکانس هدف برحسب هرتز (Hz) است.

فرمول تبدیل فیدبک سرعت دریافتی به فرکانس واقعی:

$$F = \frac{PZD2 \times 50}{16384}$$

$PZD2$ عدد خوانده‌شده از رجیستر Status Word 2 است.

بیت های وضعیت Status Word درایو — شکل ۶: نگاشت بیت‌های وضعیتی در Status Word 1

تحلیل سیگنال های مانیتورینگ درایو — شکل ۷: جدول جزییات سیگنال‌های مانیتورینگ

🔍 تخصیص کانال‌های PZD3 در تیپ PPO2 و PPO5: در درایوهای AC مانند Micromaster 440 از ورد سوم (PZD3) جهت خواندن فیدبک جریان بهره‌برداری می‌شود و در درایوهای DC برای اخذ فیدبک جریان آرميچر، جریان تحریک و ولتاژ کاربرد دارد.

چیدمان PZD در درایو میکرومستر — شکل ۸: تخصیص رجیسترهای PZD در درایو Micromaster 440

۰۶

مکانیزم ساختار ۴ کلمه‌ای PKW

بخش PKW شامل ۴ ورد (۸ بایت) اختصاصی است که در تیپ‌های PPO1، PPO2 و PPO5 وجود دارد و دسترسی مستقیم به جدول پارامترهای درایو (نظیر تغییر ماکزیمم فرکانس P1082) را فراهم می‌آورد:

PKE (Word 1)

شناسه پارامتر (AK: بیت‌های 12-15 | PNU: بیت‌های 0-10)

IND (Word 2)

شماره ساب ایندکس پارامتر (Index)

PWE 1 (Word 3)

بخش پر ارزش مقدار پارامتر (High Word)

PWE 2 (Word 4)

بخش کم ارزش مقدار پارامتر (Low Word)

💡 مثال مهندسی: ارسال و خواندن پارامتر P1082 (معادل هگز 43A)

• درخواست خواندن (Read): شناسه $AK=1$ تعیین می‌شود ➔ کد ارسالی در PKE برابر با 143A Hex خواهد بود.
• درخواست نوشتن مقدار اعشاری (Write Real): شناسه $AK=3$ تعیین می‌شود ➔ کد ارسالی در PKE برابر با 343A Hex خواهد بود.
• بررسی پاسخ درایو (Acknowledge): بازگشت کد 243A Hex بیانگر اجرای موفق و بازگشت 743A Hex ($AK=7$) نشان‌دهنده خطا و عدم اجرای دستور است.