AC800PEC控制器與ACS800多傳動(dòng)系統(tǒng)通訊

劉 備，黃 偉，黃 磊

(1.江蘇沙鋼集團(tuán)有限公司機(jī)修總廠，江蘇張家港 215625;2.鎮(zhèn)江高等專科學(xué)校電子與信息工程系，江蘇鎮(zhèn)江 212003)

1 概述

ABB公司的AC800PEC控制器是目前過程控制系統(tǒng)產(chǎn)品中性能最先進(jìn)的，具有全集成自動(dòng)化功能的控制器。它能將控制程序編制、通訊、數(shù)據(jù)管理、人機(jī)界面、參數(shù)配置等軟硬件合成為一個(gè)系統(tǒng)，配合ABB公司新一代直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)(DTC)的全數(shù)字交流變頻器ACS800低壓多傳動(dòng)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)運(yùn)輸輥道的平穩(wěn)控制。江蘇沙鋼集團(tuán)有限公司1700熱連軋新型鋼卷運(yùn)輸線基于AC800PEC控制器、ACS800多傳動(dòng)裝置、VIP通訊、工程師站、操作員站相互連接，構(gòu)成了ABB自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)了快速、準(zhǔn)確、穩(wěn)定地完成鋼卷運(yùn)輸?shù)目刂颇繕?biāo)，確保了車間4.50×106t/a任務(wù)目標(biāo)的完成。

2 控制設(shè)備功能、特點(diǎn)及原理

2.1 設(shè)備功能

該系統(tǒng)的運(yùn)輸輥道位于地下卷取機(jī)出口，每組輥道由7根輥?zhàn)訕?gòu)成，并由1臺(tái)交流變頻電機(jī)驅(qū)動(dòng)。上層輥道將鋼卷運(yùn)送至鋼卷庫(kù)，下層輥道將托盤返回運(yùn)送到卷取機(jī)出口等待接料?？梢酝ㄟ^增加或減少托盤的數(shù)量來調(diào)節(jié)運(yùn)輸能力，以適應(yīng)不同的生產(chǎn)節(jié)奏。此運(yùn)輸方式不會(huì)出現(xiàn)跑偏、散卷和劃傷現(xiàn)象，還可以通過給托盤編號(hào)來對(duì)鋼卷進(jìn)行物料跟蹤。因此，這種運(yùn)輸輥道在熱軋和冷軋廠得到廣泛應(yīng)用。

2.2 主要技術(shù)參數(shù)

2.2.1 上層輥道

輥?zhàn)訑?shù)量為6/7根，輥距為590.55 mm，輥?zhàn)又睆綖棣?00 mm，輥道線速度為0～500 mm/s，加速度為 0.45 m/s2。

2.2.2 下層輥道

輥?zhàn)訑?shù)量為6/7根，輥距為514.35 mm，輥?zhàn)又睆綖棣?05 mm，輥道線速度為0～500 mm/s，加速度為 0.45 m/s2。

2.2.3 主要電氣元件

軋輥輥道分為上層輥道和下層輥道，分別由電機(jī)和減速機(jī)構(gòu)構(gòu)成傳動(dòng)系統(tǒng)。上層輥道電機(jī)為DLKHT06-48-YPTE112M-4-M1-L-SA-4-M1-L-TA-SA-7.5，電機(jī)功率為 7.5 kW，電機(jī)電源為 380 VAC，頻率為0～100 Hz，額定轉(zhuǎn)數(shù)為1 440 r/min。與減速機(jī)構(gòu)構(gòu)成的減速系統(tǒng)額定輸出轉(zhuǎn)數(shù)為48 r/min，減速比為 30.13。下層輥道電機(jī)為 DLKHT06-48-YPTE112M-4-M1-L-SA-4-M1-L-TA-SA-1.1，功率為1.1 kW，380 VAC，頻率為 0 ～100 Hz，額定轉(zhuǎn)數(shù)為1 390 r/min。與減速機(jī)構(gòu)構(gòu)成的減速系統(tǒng)額定輸出轉(zhuǎn)數(shù)為53.21 r/min，減速比為26.16。上、下層各分布3個(gè)接近開關(guān)，型號(hào)為 TURCK:Ni15U-M18-AP6X，24 VDC，分別作為托盤檢測(cè)位、減速位、停止位。

2.3 設(shè)備結(jié)構(gòu)

運(yùn)輸輥道由本體框架、上層輥道、下層輥道、電氣檢測(cè)元件等組成。本體為焊接結(jié)構(gòu)，安裝在基礎(chǔ)上。輥道分上、下2層，輥道動(dòng)力源為電機(jī)，通過齒輪鏈條傳動(dòng)，采用變頻傳動(dòng)控制，運(yùn)送鋼卷前進(jìn)或空托盤返回。輥道的兩端輥環(huán)帶有凸緣，與托盤底部的支口保持一定的間隙，為托盤的運(yùn)輸提供導(dǎo)向。鋼卷及托盤位置由接近開關(guān)控制。鋼卷運(yùn)輸輥道及元件布局如圖1所示。

圖1 鋼卷運(yùn)輸輥道及元件布局示意圖

2.4 控制過程與聯(lián)鎖

控制過程與聯(lián)鎖具體要求如下:檢測(cè)位接近開關(guān)發(fā)信，輥道電機(jī)啟動(dòng);減速位接近開關(guān)發(fā)信，輥道電機(jī)減速;停止位接近開關(guān)發(fā)信，電機(jī)制動(dòng)器制動(dòng)，輥道電機(jī)停止;所有托盤采用空位原理運(yùn)行，即在正常運(yùn)輸鋼卷時(shí)，當(dāng)前方第2組輥道上沒有托盤時(shí)，本組輥道方可運(yùn)轉(zhuǎn)，以防止托盤運(yùn)輸過程中發(fā)生碰撞。

3 通訊的基本實(shí)現(xiàn)過程

江蘇沙鋼集團(tuán)有限公司1700熱連軋鋼卷運(yùn)輸線長(zhǎng)約200 m，采用循環(huán)托盤式鋼卷運(yùn)輸線，輥道電機(jī)共85臺(tái)，全部采用變頻控制。每組輥道有托盤檢測(cè)位、減速位、停止位作為電機(jī)控制信號(hào)，全線輥道開關(guān)量信號(hào)點(diǎn)有360多個(gè)，在滿足運(yùn)輸控制條件下，要求操作員能夠通過HMI全程監(jiān)控托盤運(yùn)行狀態(tài)。這種生產(chǎn)線的節(jié)奏比較快，生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境惡劣，同時(shí)，要求控制系統(tǒng)響應(yīng)迅速、工作穩(wěn)定。鋼卷運(yùn)輸線生產(chǎn)過程自動(dòng)化控制系統(tǒng)由操作員站、ABB工程師站、ABB AC800PEC控制器及ACS800多傳動(dòng)裝置等組成，該系統(tǒng)不僅故障率低，控制響應(yīng)速度快，操作可視化，而且能滿足熱軋生產(chǎn)快節(jié)奏要求，確保車間4.50×106t/a產(chǎn)量順利完成。

3.1 通訊網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成

為了能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)可視化、程序在線監(jiān)控修改快捷化，在操作室及PLC控制室各配置1臺(tái)工作站，通過以太網(wǎng) TCP/IP協(xié)議實(shí)現(xiàn) Control Builder M，HMI和控制器之間的通訊。

通訊接口配置如下:PC機(jī)通過網(wǎng)線連接交換機(jī)，交換機(jī)通過端口13，走以太網(wǎng)連接AC800PEC控制器中的COM1端口，實(shí)現(xiàn)基于TCP/IP協(xié)議的以太網(wǎng)通訊;AC800PEC通過集成ABB傳動(dòng)光纖接口6連接至NDBU-95光纖分配器Master端口，此時(shí)，使用基于Module Bus總線協(xié)議的光纖通訊;NDBU-95光纖分配器連接RDC0-0X通訊模板，此時(shí)，NDBU-95與RDC0-0X模板基于DDCS通訊協(xié)議。通訊網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)構(gòu)成如圖2所示。

圖2 通訊網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)構(gòu)成

3.2 網(wǎng)絡(luò)硬件配置

網(wǎng)絡(luò)硬件配置主要包括800XA服務(wù)器、交換機(jī)、AC800PEC控制器、NDBU-95光纖分配器、RDC0-0X通訊模板、ACS800多傳動(dòng)和光纖等。

3.2.1 800XA 服務(wù)器

主要功能包括存儲(chǔ)、管理畫面、程序控制與用戶信息管理。

3.2.2 交換機(jī)

主要功能是連接操作員站、工程師站，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)線控制信號(hào)的數(shù)據(jù)交換。

3.2.3 AC800PEC 控制器

它是ABB公司高性能過程控制系統(tǒng)，具有全集成自動(dòng)化功能和實(shí)時(shí)多任務(wù)功能，其 CPU處理1 000條開關(guān)量的周期小于0.4 ms，支持本地及遠(yuǎn)程I/O，并具有冗余以太網(wǎng)接口，多種通訊接口，支持多種I/O。編程軟件采用Control Builder M，支持多種編程語言，如 LD，IL，F(xiàn)BD，ST，SFC 等。COM1 主要連接PC機(jī)進(jìn)行編程及監(jiān)控。光纖端口6是集成的光纖 Module Bus接口［1］。

3.2.4 NDBU-95 光纖分配器

主要功能是實(shí)現(xiàn)DDCS通訊協(xié)議下的光纜分配。1臺(tái)NDBU-95最多可以帶9個(gè)光纖口，即9臺(tái)傳動(dòng)裝置。NDBU-95之間可以進(jìn)行級(jí)聯(lián)，掛在同一個(gè)AC800PEC下。NDBU-95通訊硬件設(shè)置情況為:－X12:MBIT/S=4，－ X13:MODE=DDCS，X2-X11:TRANSM SETTING=MEDIUM。

3.2.5 RDC0-0X 通訊模板

RDC0-0X模板提供的光纖通道可以用于現(xiàn)場(chǎng)總線連接(Nxxx總線適配器模板)，PC連接(DriveWindow)或控制器連接(即AC800M，AC80)。RDC0-0X上共有4個(gè)光纖通訊接口(CH0，CH1，CH2，CH3)。CH0作為現(xiàn)場(chǎng)總線接口，用于DDCS/DriveBus通訊。CH1用于連接傳動(dòng)系統(tǒng)的擴(kuò)展I/O板(如 NAIO，NDIO，NTAC，I/O 擴(kuò)展)。CH2 可以將2個(gè)或多個(gè)傳動(dòng)設(shè)備通過1條環(huán)路連接在一起進(jìn)行主從控制。CH3連接PC機(jī)用于 DriveWindow等調(diào)試。

3.2.6 ACS800 多傳動(dòng)

ACS800低壓多傳動(dòng)系統(tǒng)是ABB公司新一代采用直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)(DTC)的全數(shù)字交流變頻器。主要優(yōu)點(diǎn)是在全功率范圍內(nèi)統(tǒng)一使用了相同的控制技術(shù)，如起動(dòng)向?qū)?、自定義編程、DTC控制、通用備件、通用的接口技術(shù)，以及用于選型、調(diào)試和維護(hù)的通用軟件工具。而其中最為重要的是，其核心控制技術(shù)(DTC)是目前最先進(jìn)的交流異步電機(jī)的控制方式。DTC性能穩(wěn)定，ACS800適用于各種工業(yè)領(lǐng)域，也就是說逆變器的導(dǎo)通與關(guān)斷由逆變器的核心變量——磁通和轉(zhuǎn)矩直接控制，可以實(shí)現(xiàn)最高的轉(zhuǎn)矩和速度控制性能［2］。另外，ACS800系統(tǒng)采用直流母線供電，節(jié)約了安裝空間，同時(shí)，在生產(chǎn)過程中保證制動(dòng)能量及時(shí)反饋到電網(wǎng)，達(dá)到節(jié)能的目的。全線逆變裝置共計(jì)140臺(tái)，全部采用ABB Drive Module Bus總線、DDCS協(xié)議和AC800PEC控制器進(jìn)行通訊。

3.2.7 光纖

AC800PEC與ACS800傳動(dòng)系統(tǒng)通訊采用單模光纖。采用光纖通訊有以下優(yōu)點(diǎn):光纜的頻帶較寬，電磁絕緣性能好，信號(hào)衰減小，在較長(zhǎng)的距離和范圍內(nèi)信號(hào)是一個(gè)常數(shù)。

3.3 通訊數(shù)據(jù)傳輸

AC800PEC與ACS800傳動(dòng)可以配置不同通訊協(xié)議的接口。以江蘇沙鋼集團(tuán)有限公司熱連軋運(yùn)輸輥道生產(chǎn)線應(yīng)用情況為例，在運(yùn)輸輥道中通訊主要采用 TB810型光纖。基于 Module Bus協(xié)議下AC800PEC控制器通過DDCS鏈路連接到RDCU-0X的CH0實(shí)現(xiàn)通訊數(shù)據(jù)傳輸。

3.3.1 AC800PEC與 ACS800多傳動(dòng)數(shù)據(jù)接收發(fā)送區(qū)

AC800PEC與ACS800多傳動(dòng)數(shù)據(jù)交換包括AC800PEC向ACS800傳動(dòng)發(fā)送數(shù)據(jù)，ACS800傳動(dòng)向AC800PEC發(fā)送數(shù)據(jù)，詳見圖3和圖4。

圖3 AC800PEC向ACS800傳動(dòng)發(fā)送數(shù)據(jù)

圖4 ACS800傳動(dòng)向AC800PEC發(fā)送數(shù)據(jù)

3.3.2 ACS800 參數(shù)含義

3.3.2.1 通訊參數(shù)設(shè)定

P70.01=CH0 Node Addr(定義CH0通道地址即硬件組態(tài)地址)。

P70.03=CH0 Baud Rate(定義 CH0通道的波特率)。

P70.05=CH0 Com Loss Ctrl(傳動(dòng)通訊失敗，動(dòng)作執(zhí)行情況)。

P70.15=CH3 Node Addr(定義CH3通道地址連接DriveWindow)。

P70.19=CH0 HW Connection(選擇 DDCS 通道CH0連接的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu))。

P71.01=DriveBus Comm(選擇DDCS通道CH0的通訊模式)。

P98.02=Comm Moudle(選擇外部串行通訊及通訊接口)。

3.3.2.2 電機(jī)參數(shù)設(shè)定

P99.02=電機(jī)額定電壓。

P99.03=電機(jī)額定電流。

P99.04=電機(jī)額定頻率。

P99.05=電機(jī)額定速度。

P99.06=電機(jī)額定功率。

P99.08= 電機(jī)控制模式［3］。

3.3.3 江蘇沙鋼集團(tuán)有限公司參數(shù)設(shè)置

以其中1臺(tái)參數(shù)設(shè)置為例。DDCS控制參數(shù)設(shè)置:

P70.01=17。

P71.03=4 Mbit/s。

P70.05=STOPRAMPNG。

P70.15=13。

P71.01=NO。

P70.19=SRAR。

P98.02=Advant/N －FB。

傳動(dòng)接受數(shù)據(jù)選擇:

P90.01=701。

P90.02=2301。

P90.03=702。

傳動(dòng)發(fā)送數(shù)據(jù)選擇:

P92.01=801。

P92.02=104。

P92.03=115。

電機(jī)參數(shù)設(shè)置:

P99.02=380。

P99.03=15.6。

P99.04=50.0。

P99.05=1440。

P99.06=7.5。

P99.08=DTC。

P99.12=0.75。

4 通訊程序編寫及要點(diǎn)

4.1 硬件組態(tài)

AC800PEC采用Control Builder M編程軟件，在Module Bus硬件下添加ABB Engineered Drive并設(shè)置傳動(dòng)通訊地址。

4.2 通訊程序編寫

4.2.1 讀取ACS800傳動(dòng)主狀態(tài)

DS11_1傳動(dòng)主狀態(tài)字(801)數(shù)據(jù)位對(duì)應(yīng)如下:

Bit0=ReadyOn。

Bit1=ReadyRun。

Bit2=ReadyRef。

Bit3=Tripped。

Bit4=Off－2－STA。

Bit5=Off－3－STA。

Bit6=SWC ON INHIB。

Bit7=AlarmActive。

Bit8=AT－Setpoint。

Bit9=Remote。

Bit10=Above_limit。

Bit11=Reserved。

Bit12=InterLock。

Bit13…Bit15=Reserved。

此時(shí)應(yīng)注意，將DS11_1由DINT轉(zhuǎn)為BOOL，然后對(duì)照傳動(dòng)數(shù)據(jù)位，連接不同的狀態(tài)名稱。讀取ACS800傳動(dòng)主狀態(tài)見圖5。

圖5 讀取ACS800傳動(dòng)主狀態(tài)字

4.2.2 讀取ACS800傳動(dòng)反饋速度

注意將 DS11_2轉(zhuǎn)為 REAL型，電機(jī)轉(zhuǎn)速 =DS11_2/2000.0 ×100.0。

4.2.3 讀取ACS800傳動(dòng)輔助狀態(tài)字

DS11_3(701)傳動(dòng)輔助控制字對(duì)應(yīng)外部硬件反饋點(diǎn)如下:

Bit0=DI0。

Bit1=DI1。

Bit2=DI2。

Bit3=DI3。

Bit4=DI4。

Bit5=DI5。

Bit6=DI6。

Bit7=DI7。

應(yīng)注意，根據(jù)硬件接口連接抱閘情況，將DS11_3由DintToBc功能塊轉(zhuǎn)為對(duì)應(yīng)功能數(shù)據(jù)位如Bit5連接電機(jī)抱閘硬件回路。讀取ACS800傳動(dòng)輔助狀態(tài)字見圖6。

圖6 讀取ACS800傳動(dòng)輔助狀態(tài)字

4.2.4 發(fā)送ACS800傳動(dòng)主控制字

DS10_1主控制字(701)數(shù)據(jù)位對(duì)應(yīng)如下:

Bit0=RdyRun。

Bit1=On Inhibit。

Bit2=ON Inhibit。

Bit3=RdyRef。

Bit4=Ramp_Out_Zero。

Bit5=Ramp_Hold。

Bit6=Ramp_In_Zero。

Bit7=Reset。

Bit8=Inching1。

Bit9=Inching2。

Bit10=Remote_Cmd。

Bit11…Bit15=Reserved。

應(yīng)注意，將不同控制信號(hào)由BOOL轉(zhuǎn)為DINT，然后對(duì)照傳動(dòng)數(shù)據(jù)位，發(fā)送給傳動(dòng)控制字。

4.2.5 發(fā)送ACS800傳動(dòng)控制速度

傳動(dòng)速度給定 =D.In.SpRef/100.0 ×2000.0，然后轉(zhuǎn)為DINT型。

4.2.6 發(fā)送ACS800傳動(dòng)輔助控制字用于抱閘打開命令

DS10_3輔助控制字(702)數(shù)據(jù)位對(duì)應(yīng)如下:

Bit0=Restart。

Bit1=Trigg。

Bit2=Ramp_Bypass。

Bit3=BAL_Ramp_Out。

Bit4=Flux On DC。

Bit5=Flux On。

Bit6=Hold_Ncont。

Bit7=Window_Ctrl。

Bit8=BAL_Ncont。

Bit9=Sync_Command。

Bit10=Sync_Disable。

Bit11=Reset_Sync_Rdy。

Bit12=Reserved。

Bit13=DO1_Control。

Bit14=DO2_Control。

Bit15=DO3_Control。

應(yīng)注意，由于硬件回路DO2控制抱閘，因此，程序中Bit14為抱閘控制字。

4.3 鋼卷跟蹤畫面

隨著自動(dòng)化控制設(shè)備不斷升級(jí)，生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)人性化、智能化，人機(jī)界面不斷發(fā)展，組態(tài)軟件被廣泛應(yīng)用到各個(gè)領(lǐng)域。本系統(tǒng)主要采用ABB 800XA軟件，軟件功能強(qiáng)大，系統(tǒng)穩(wěn)定，畫面編輯語言靈活、簡(jiǎn)單、方便。該系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)反映現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備運(yùn)行狀況，方便設(shè)備維護(hù)人員及操作人員及時(shí)了解情況，為生產(chǎn)提供必要的保障。生產(chǎn)過程組態(tài)界面設(shè)置見圖7。

5 設(shè)備維護(hù)與管理

圖7 生產(chǎn)過程組態(tài)界面設(shè)置

設(shè)備維護(hù)與保養(yǎng)貫穿企業(yè)管理的全過程。如果不重視設(shè)備維護(hù)與管理，短時(shí)期可能使設(shè)備的效率降低、故障增加，長(zhǎng)期失修可能造成設(shè)備事故或設(shè)備提前報(bào)廢，生產(chǎn)失去連續(xù)性、均衡性。在冶金行業(yè)，1臺(tái)設(shè)備或1條生產(chǎn)線因故障停產(chǎn)，可能對(duì)企業(yè)生產(chǎn)造成重大影響。因此，必須重視設(shè)備的維護(hù)與管理。

1)加強(qiáng)機(jī)械設(shè)備維護(hù)管理。定期檢查輥道各潤(rùn)滑點(diǎn)潤(rùn)滑情況，定期檢查各個(gè)輥道軸承的運(yùn)轉(zhuǎn)狀況，以盤動(dòng)靈活無卡阻為原則，定期檢查檢測(cè)元件，有必要進(jìn)行調(diào)整、更換輥道時(shí)，應(yīng)將輥道上的管線拆掉，然后將組輥道吊走更換。

2)加強(qiáng)電氣設(shè)備維護(hù)管理。主要包括在對(duì)ACS800傳動(dòng)裝置進(jìn)行檢修時(shí)停電5 min后進(jìn)行驗(yàn)電維修，定期對(duì)傳動(dòng)柜過濾網(wǎng)進(jìn)行清灰，并注意避免折斷光纖，定期檢查現(xiàn)場(chǎng)電機(jī)電纜并處理［4］。

AC800PEC與ACS800多傳動(dòng)系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)傳送方式和其他的 Profibus-DP，DeviceNet，CAN總線等通訊協(xié)議相比，ABB的通訊方式更加簡(jiǎn)單和直觀，而且控制響應(yīng)速度快，性能穩(wěn)定，能夠滿足熱連軋機(jī)工藝要求，自2005年投產(chǎn)以來，未出現(xiàn)過網(wǎng)絡(luò)通訊方面的故障，維護(hù)量很少。目前該公司35%都采用ABB控制系統(tǒng)與ACS800傳動(dòng)構(gòu)成的自動(dòng)化控制網(wǎng)絡(luò)。

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［3］北京ABB電氣傳動(dòng)系統(tǒng)有限公司.ACS800固件手冊(cè)［M］.北京:北京 ABB電氣傳動(dòng)系統(tǒng)有限公司，2009:41－51.

［4］黃偉.機(jī)電設(shè)備維護(hù)與管理［M］.北京:國(guó)防工業(yè)出版社，2011:34－36.

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