基于PROFIBUS—DP總線的分站式PLC控制變頻器在翻車機(jī)中的應(yīng)用

王媛媛 劉艷

【摘要】本文介紹了PROFIBUS-DP總線、PLC分站式控制系統(tǒng)的配置和設(shè)置，以及利用PROFIBUS-DP總線控制變頻器在雙車翻車機(jī)的應(yīng)用過程。

1.概述

雙車翻車機(jī)是我廠近年來根據(jù)用戶要求，推出的新產(chǎn)品，可以大幅度提高卸煤效率，已受到很多用戶的青睞。設(shè)備控制系統(tǒng)的可靠性、先進(jìn)性直接影響用戶的生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)效益。為了提高設(shè)備的穩(wěn)定性，防止由于移動(dòng)式電纜在設(shè)備移動(dòng)過程中頻繁拉伸和彎曲而易折斷，近年來我廠運(yùn)用PROFIBUS-DP總線、PLC分站控制技術(shù)，簡(jiǎn)化了硬件電路、線纜的數(shù)量。本文以某鋼廠雙車翻車機(jī)電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、調(diào)試為例，詳細(xì)描述了PROFIBUS-DP總線、PLC分站式變頻器控制系統(tǒng)、變頻器主從控制等先進(jìn)技術(shù)在雙車翻車機(jī)中的應(yīng)用。

2.分站式PLC控制系統(tǒng)的組成

PLC采用S7-300，變頻器采用ABB公司的ACS800-04系列產(chǎn)品，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的布置，整個(gè)翻車機(jī)控制網(wǎng)絡(luò)包括11個(gè)變頻器分站、4個(gè)光電編碼器分站及若干個(gè)I/O分站。由于翻車機(jī)系統(tǒng)的自身特點(diǎn)，重調(diào)機(jī)、遷車臺(tái)及空調(diào)機(jī)的主電機(jī)均在移動(dòng)車體上，采取移動(dòng)掛纜供電方式，為了網(wǎng)絡(luò)的安全可靠及降低成本，重調(diào)機(jī)、遷車臺(tái)及空調(diào)機(jī)的光電編碼器分站都必須是終端設(shè)備，即光電編碼器上都只有走IN口的PROFIBUS-DP總線，沒有走OUT口的DP總線。而且考慮到雙車翻車機(jī)現(xiàn)場(chǎng)各設(shè)備間距離較遠(yuǎn)，現(xiàn)場(chǎng)總線距離較長(zhǎng)，必須配置SIEMENS PROFIBUS RS485中繼器6ES7972-0AA01-0XA0，用來放大總線上的數(shù)據(jù)信號(hào)。

考慮現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備布置及結(jié)合I、O信號(hào)就近進(jìn)入PLC的原則，最終設(shè)計(jì)整個(gè)控制系統(tǒng)如圖所示。在整個(gè)控制系統(tǒng)中，共包含24個(gè)站點(diǎn)，其中，主站位于翻車機(jī)二樓集控室內(nèi)，其余23個(gè)分站分別位于一樓配電室及翻車機(jī)現(xiàn)場(chǎng)。

圖1 翻車機(jī)系統(tǒng)DP總線圖

3.PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)變頻器的硬件及軟件組態(tài)

僅以空車調(diào)車機(jī)的控制網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成為例進(jìn)行說明?？哲囌{(diào)車機(jī)有3臺(tái)變頻電機(jī)，PLC作為自動(dòng)化系統(tǒng)的主站，變頻器為從站，3臺(tái)變頻器均掛在PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)中。3臺(tái)變頻器之間采用主從結(jié)構(gòu)，主變頻器由PLC控制，其余2臺(tái)變頻器與主變頻器通信，跟隨動(dòng)作。工作時(shí)，PLC主站傳送指令給從站，接受變頻器反饋的運(yùn)行狀態(tài)及報(bào)警狀態(tài)信號(hào)。其主要通訊是通過RPBA-01與PROFIBUS-DP適配器模塊傳送。傳輸?shù)闹饕獌?nèi)容為過程數(shù)據(jù)，過程數(shù)據(jù)包括以下幾個(gè)：CW–控制字（從主機(jī)到從機(jī)）;SW–狀態(tài)字（從機(jī)到主機(jī)）;REF–給定值（主機(jī)到從機(jī)）;ACT–實(shí)際值（從機(jī)到主機(jī)）;PZD–過程數(shù)據(jù)（由用戶指定）（從主機(jī)到從機(jī)的輸出，從從機(jī)到主機(jī)的輸入）;DS–數(shù)據(jù)集;DW–數(shù)據(jù)字。在過程數(shù)據(jù)（PZD）中，控制字CW是現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)控制傳動(dòng)單元的基本手段。它由現(xiàn)場(chǎng)總線主機(jī)站發(fā)送給傳動(dòng)單元。適配器模塊充當(dāng)一個(gè)網(wǎng)關(guān)的作用。傳動(dòng)單元根據(jù)控制字的位編碼指示作出反應(yīng)，并且通過狀態(tài)字（SW）將狀態(tài)信息反饋給主機(jī)。給定值（REF）是一個(gè)16位字，包含1個(gè)符號(hào)位和15個(gè)整數(shù)位。負(fù)給定值（表示反向旋轉(zhuǎn)）以二進(jìn)制的補(bǔ)碼形式表示。實(shí)際值是一個(gè)16位字，它包含傳動(dòng)單元操作方面的信息。由傳動(dòng)參數(shù)來定義監(jiān)視功能。在實(shí)際應(yīng)用中，可以將速度、斜坡時(shí)間等值放在PZD中。

軟件組態(tài)按以下方式進(jìn)行：主機(jī)架選用標(biāo)準(zhǔn)SIMATIC 300的RACK300機(jī)架，在該機(jī)架的1號(hào)槽為PS307，10A的電源，2號(hào)槽為帶PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)接口的CPU315-2 DP，可方便地與PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)連接，其它各槽為數(shù)字量的輸入輸出板和模擬量的輸入輸出板。為了組態(tài)ABB變頻器及倍加福編碼器，需要分別安裝變頻器及編碼器的相應(yīng)GSD文件。系統(tǒng)的編程由STEP7軟件實(shí)現(xiàn)，PLC通過CP343-1以太網(wǎng)模塊與PC機(jī)連接，實(shí)現(xiàn)PC機(jī)在線編程、監(jiān)控和調(diào)試PLC中的數(shù)據(jù)、程序及運(yùn)行狀況等。

4.變頻器的PROFIBUS-DP的實(shí)現(xiàn)

4.1 變頻器的PROFIBUS-DP通訊啟動(dòng)及參數(shù)設(shè)定

表1 用于通訊的變頻器參數(shù)

空調(diào)機(jī)

參數(shù) 主機(jī)設(shè)置 從機(jī)設(shè)置

PROFIBUS-DP總線參數(shù)設(shè)置

98.02 COMM.MODULE LINK FIELDBUS FIELDBUS

51.27 FBA PAR REFRESH REFRESH REFRESH

51.01 MODULE TYPE PROFIBUS-DP PROFIBUS-DP

51.02 NODE ADDRESS 20 21、22

51.03 BAUD RATE 187 187

51.04 PPO-TYPE PPO4 PPO4

51.12 PZD6 IN 104 104

ACS800和現(xiàn)場(chǎng)總線適配器模塊RPB-01之間的通訊可以通過設(shè)置參數(shù)98.02：FIELDBUS來激活。在實(shí)現(xiàn)通訊之后，必須檢查傳動(dòng)單元的控制參數(shù)，必要時(shí)作出相應(yīng)調(diào)整，如表1所示。

4.2 ROFIBUS-DP總線控制變頻器的程序設(shè)計(jì)

在硬件組態(tài)中，可查出所有變頻器的I、O地址，見表2所示。以下部分僅以空車調(diào)車機(jī)為例詳述。

表2 變頻器地址

從中可看出，空調(diào)機(jī)主變頻器控制字CW對(duì)應(yīng)的字節(jié)為296、297;給定值REF對(duì)應(yīng)的字節(jié)為298、299;狀態(tài)字SW對(duì)應(yīng)的字節(jié)為312、313。從變頻器狀態(tài)字SW對(duì)應(yīng)的字節(jié)為300、301和288、289?？刂谱帧顟B(tài)字各位的定義詳見ABB Drives 通訊協(xié)議的控制字及ABB Dri通迅協(xié)議的狀態(tài)字。從控制字的定義我們可以查出：

“運(yùn)行”轉(zhuǎn)為二進(jìn)制為：0000 0100 0111 1111;轉(zhuǎn)為16進(jìn)制為47F。

“停止”轉(zhuǎn)為二進(jìn)制為：0000 0100 0111 1110;轉(zhuǎn)為16進(jìn)制為47E。

“復(fù)位”轉(zhuǎn)為二進(jìn)制為：0000 0100 1111 1110;轉(zhuǎn)為16進(jìn)制為4FE。

這樣相應(yīng)的程序就可以采用MOVE指令，將空調(diào)機(jī)啟動(dòng)命令、空調(diào)機(jī)停止命令、空調(diào)機(jī)故障復(fù)位命令移入主變頻器控制字PWQ296中;對(duì)于Q298（主機(jī)的REF給定），在使用ABB Drives通訊協(xié)議時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)總線給定值REF1和REF2需要進(jìn)行比例換算，具體為：-20000=-[參數(shù)11.05]，-1=-[參數(shù)11.04]，0=[參數(shù)11.04]，20000=[參數(shù)11.05]。例如，設(shè)定參數(shù)11.04=0Hz，參數(shù)11.05=100Hz，那么當(dāng)REF給定為-10000時(shí)，表示電機(jī)以50Hz的速度反轉(zhuǎn)。

5.結(jié)束語

雙車翻車機(jī)整個(gè)系統(tǒng)采用了PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)控制。PLC通過PROFIBUS-DP 控制變頻傳動(dòng)，使整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行可靠，操作簡(jiǎn)單。隨著網(wǎng)絡(luò)化在工業(yè)自動(dòng)化控制中的普及，將PROFIBUS的開放性、低成本等優(yōu)點(diǎn)與變頻驅(qū)動(dòng)裝置的可靠性相結(jié)合，具有廣泛的應(yīng)用前景。