基于PRFIBUS-DP的變頻調(diào)速控制系統(tǒng)研究

過慶紅（浙江浙能蘭溪發(fā)電有限責(zé)任公司，浙江金華　321000）

基于PRFIBUS-DP的變頻調(diào)速控制系統(tǒng)研究

過慶紅
（浙江浙能蘭溪發(fā)電有限責(zé)任公司，浙江金華321000）

本文介紹了PROFIBUS-DP現(xiàn)場總線在變頻調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用，探討了施耐德昆騰140系列PLC和ACS800變頻器之間的軟件設(shè)置和數(shù)據(jù)通訊，列出了在CONCEPT軟件中的硬件組態(tài)過程及變頻器中的通訊參數(shù)設(shè)置，比較完整地描述了在CONCPT軟件環(huán)境下施耐德昆騰140系列PLC通過PROFIBUS-DP總線控制ABBACS800變頻器的互連通訊方法。

昆騰140系列PLCACS800變頻器重車調(diào)車機(jī)Profibus-DP現(xiàn)場總線

浙江浙能蘭溪發(fā)電有限責(zé)任公司使用的是折返式雙車C型翻車機(jī)，能適應(yīng)C60、C61、C62、C64等常用車型及即將投入運營的新車型。重車調(diào)車機(jī)是翻車機(jī)系統(tǒng)中重要組成部分，承擔(dān)著將重車牽引至翻車本體及推送空車至空車線的職責(zé)，可承受編組最大重達(dá)4080噸負(fù)載列車，起動時需要巨大的啟動轉(zhuǎn)矩，在運行時要求平穩(wěn)性好、沖擊小，定位準(zhǔn)確快速，對傳動系統(tǒng)的啟動和制動快速性都有較高的要求。

1　電氣系統(tǒng)概述

電氣控制系統(tǒng)由工程師站、操作員站、PLC、變頻器、電機(jī)及測速編碼器組成。工程師站采用Concept編程軟件，通過Ethernet方式連接到PLC；操作員站人機(jī)界面采用Intouch軟件，通過MBE網(wǎng)絡(luò)協(xié)議與PLC 進(jìn)行通訊；PLC采用施耐德昆騰140系列PLC，對整個翻車機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行邏輯控制，在重車調(diào)車機(jī)方面通過PROFIBUS-DP 總線與其6臺變頻器進(jìn)行通信，讀取變頻器中各電機(jī)的速度，經(jīng)過計算后向變頻器發(fā)送指令，設(shè)置各電機(jī)的速度，從而實現(xiàn)電機(jī)的協(xié)調(diào)運轉(zhuǎn)，保證整個系統(tǒng)的順利運行；變頻器采用ABB ACS800系列變頻器；驅(qū)動電機(jī)采用90KW國產(chǎn)電機(jī)；測速編碼器采用德國倍加福增量型編碼器。

2　基于Profibus協(xié)議的通訊實現(xiàn)

2.1總線通訊協(xié)議說明

根據(jù) PROFIBUS-DP 協(xié)議的規(guī)定，數(shù)據(jù)的交換按照主從模式的原則來進(jìn)行，只有主站才能對總線通訊做初始化工作，從站應(yīng)答主站發(fā)送過來的請求信號。同一根總線上可以有多個主站，它們都可以讀取從站的I/O 信號，但只有一個主站可以對從站實施寫操作。在PROFIBUS-DP 總線協(xié)議中數(shù)據(jù)交換的幀格式一般稱為PPO（Parameter-Process Data-Object），PPO 包括參數(shù)識別（PKW）和過程數(shù)據(jù)（PZD） 兩部分。PKW用來讀寫非周期性數(shù)據(jù)，包括參數(shù)設(shè)定、配置和診斷；PZD用來讀寫周期性的數(shù)據(jù)。在PROFIBUS-DP 總線協(xié)議中，大致有五類PPO，其參數(shù)識別（PKW） 和過程數(shù)據(jù)（PZD）的所要求的字?jǐn)?shù)都不一樣。ACS800五個類型所要求的字?jǐn)?shù)如圖1所示。

在翻車機(jī)控制系統(tǒng)中，使用PPO第2類型，幀總長28 個字節(jié)，其中最后8個字節(jié)沒有使用到。

（1）參數(shù)識別部分：ID是參數(shù)識別，IND是數(shù)組索引號，VALUE是參數(shù)值（最大4個字節(jié)）

（2）過程數(shù)據(jù)部分：包括固定區(qū)和自由分配區(qū)兩部分，固定區(qū)包括下行的控制字和上行的狀態(tài)字，控制字包括CW和REF，狀態(tài)字包括SW和ACT。自由分配區(qū)PZD3～PZD6是可以自定義的部分。在ACS800變頻器的參數(shù)定義中，REF是速度給定值，包含1個符號位和15個整數(shù)位，負(fù)給定值以二進(jìn)制的補(bǔ)碼形式表示反向旋轉(zhuǎn)；ACT包含傳動單元操作方面的信息，由傳動參數(shù)來定義監(jiān)視功能；狀態(tài)字SW表征變頻器的狀態(tài)信息；控制字CW的定義如圖2所示。

2.2PLC與ACS800變頻器的PROFIBUS-DP模塊選擇

在昆騰140系列PLC中，CRP811模塊支持PROFIBUS-DP總線協(xié)議，在硬件組態(tài)時需要配置通訊變頻器地址，通訊數(shù)據(jù)模式，通訊波特率等參數(shù)。ACS800系列變頻器支持PROFIBUS-DP有兩種適配器型號：RPBA-01和NPBA-12，兩者與變頻器的接口不同，按照設(shè)備簡化選擇的要求采用插口式的RPBA-01適配器， RPBA-01模塊主要由電路板、總線終端器、節(jié)點選擇開關(guān)、PROFIBUS連接器組成。

2.3SYCON軟件環(huán)境下配置

施耐德的昆騰140系列PLC和ACS800變頻器不屬于同一個公司的產(chǎn)品，在使用編程軟件CONCEPT硬件組態(tài)的時候，不能直接識別ABB變頻器，可以通過安裝GSD 文件的方法來使CONCEPT支持ABB公司的變頻器。

SYCON軟件是一個AS-Interface、CANopen、 DeviceNet、InterBus、 PROFIBUS等系統(tǒng)的配置工具。將ACS800變頻器的GSD文件導(dǎo)入到SYCON軟件中，然后添加所使用的PROFIBUS 設(shè)備。在翻車機(jī)系統(tǒng)中，主要設(shè)備包括以下兩種：

（1）PROFIBUS MASTER：昆騰系列PROFIBUS通訊模板，型號為CRP81100，1個；

（2）PROFIBUS SLAVE： ACS800變頻器通訊模塊，RPBA-01，重車調(diào)車機(jī)使用了6個；

表1

表2

圖3　通訊地址設(shè)置

在SYCONV2.8中組態(tài)完所需設(shè)備并進(jìn)行參數(shù)配置后，保存為Drivers.cnf。當(dāng)Concept軟件中配置IO設(shè)備時，就可以直接導(dǎo)入這個文件，建立PLC和變頻器之間的通訊。

2.4Concept軟件環(huán)境下的配置

在Concept軟件Select Extensions對話框中設(shè)定所使用的總線控制器（CRP81100）的數(shù)目，模塊會在I/O Module Selection列表框中出現(xiàn)，將Drivers.cnf文件導(dǎo)入，步驟如下：

（1）在PLC Configuration窗口中打開I/O Map 映像對話框，選擇分站并使用“Edit…”命令按鈕打開Edit Drop 對話框；

（2）雙擊Module 欄中的瀏覽按鈕，I/O Module Selection（I/ O模塊選擇）對話框打開；在Specials欄中，選擇CRP81100模塊并按下OK命令按鈕，輸入到I/O映像中。

（3）在Edit Drop對話框中，選擇映射總線控制器 （CRP81100）所在行并按下Parameters命令按鈕， 打開Edit CRP81100 （Profibus DP）對話框，點擊“Import…”按鈕打開Select Import File窗口，指定CNF文件的路徑并按下確定命令按鈕，將Profibus DP配置導(dǎo)入到Concept I/O映像中。導(dǎo)入文件后，可以從Slave Configuration窗口中看到ACS800的GSD定義了PPO類型為2，其IN/OUT的字節(jié)數(shù)為4/6個字節(jié)。

（4）在PROFIBUS-DP節(jié)點被導(dǎo)入到Concept中以后，所有模塊的地址范圍和診斷數(shù)據(jù)必須按照按照字節(jié)數(shù)量大小進(jìn)行編輯。

2.5ACS800變頻器的設(shè)置

變頻器與PLC采用PROFIBUS-DP現(xiàn)場總線連成網(wǎng)絡(luò)后，除在PLC自動化系統(tǒng)中進(jìn)行編程外，在每個變頻器上也要進(jìn)行適當(dāng)?shù)膮?shù)設(shè)置，主要涉及功能參數(shù)98組和51組，詳細(xì)設(shè)置如表1：

從以上的設(shè)置可以看出，PLC和ACS800之間的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如表2：

3　數(shù)據(jù)傳遞及應(yīng)用

在PLC和變頻器之間建立通訊之后，就可以利用狀態(tài)字（SW）及自定義參數(shù)來識別ACS800變頻器的運行狀況，利用控制字（CW）對變頻器發(fā)布控制命令和參數(shù)。現(xiàn)以#1重車調(diào)車機(jī)的狀態(tài)字?jǐn)?shù)據(jù)中的第4位（TRIPPED）的流向來說明ACS800變頻器狀態(tài)字的反饋到PLC邏輯中直到可以使用的數(shù)據(jù)過程。

從ACS800《RPBA-01 PROFIBUS-DP 適配器用戶手冊》狀態(tài)字說明中可知，狀態(tài)字（SW）是一個16位字，包含了反應(yīng)變頻器主要狀態(tài)的重要信息，其中第4位（TRIPPED）反應(yīng)變頻器是否跳閘。

（1）TRIPPED信號包含在狀態(tài)字（SW）中，位于數(shù)據(jù)集2中的第1個字。在Concept軟件I/O map中CRP81100通訊模塊中定義了6個字的地址，分別是300105～300110。從圖3中可以看到PPO數(shù)據(jù)的前4個字（參數(shù)識別部分）被定義成了300101～300104?？梢奣RIPPED信號已經(jīng)被包含在300105中。

（2）用C O N C E P T的變量編輯器將3 0 0 1 0 5定義成了“ID1_STATUS_WORD”，但它是一個“word”類型的數(shù)據(jù)，要經(jīng)過轉(zhuǎn)換才能提取TRIPPED信號，使用Concept功能塊WORD TO BIT轉(zhuǎn)換成開關(guān)量信號（bit0～bit15），TRIPPED信號在第四位，因此將轉(zhuǎn)換后的bit3位進(jìn)行變量命名即可使用。

4　結(jié)語

采用基于PRFIBUS-DP通訊協(xié)議實現(xiàn)昆騰140系列PLC對ABB公司ACS800系列變頻器控制的方法，充分發(fā)揮了 PLC 和變頻器的網(wǎng)絡(luò)通信功能，成功地把 PLC 和變頻器有機(jī)地結(jié)合起來，實現(xiàn)對交流電機(jī)的變頻調(diào)速，從而大大減少了系統(tǒng)布線和現(xiàn)場可能的各種電磁干擾，有效提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，降低了硬件成本。

［1］ACS800標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用程序 7.x固件手冊.北京 ABB 電氣傳動系統(tǒng)有限公司，2006-08-22.

［2］PROFIBUS-DP適配器模塊RPBA-01用戶手冊.北京ABB電氣傳動系統(tǒng)有限公司，2002-6-3.

［3］Concept 2.6用戶手冊.施耐德電氣，2005年2月.

［4］翻車機(jī)系統(tǒng)培訓(xùn)資料.浙江浙能蘭溪發(fā)電有限責(zé)任公司燃料部. 2012年11月.