西門(mén)子PLC和ACS5000變頻器在主排風(fēng)機(jī)中的應(yīng)用

陸彬 許君鋒

摘 要：介紹基于西門(mén)子S7-400PLC和ABB公司ACS5000的中壓變頻控制系統(tǒng)在江陰興澄特鋼礦渣微粉主排風(fēng)機(jī)的應(yīng)用。針對(duì)通訊網(wǎng)絡(luò)配置，變頻器配置和STEP7系統(tǒng)配置與程序編寫(xiě)進(jìn)行說(shuō)明，重點(diǎn)介紹ACS5000中壓變頻器在DP通訊中參數(shù)定義和在編程中對(duì)數(shù)據(jù)的正確處理，通過(guò)不斷地完善與改進(jìn)，完全滿足安全運(yùn)行和生產(chǎn)要求。

關(guān)鍵詞：ACS5000 PLC 主排風(fēng)機(jī)

中圖分類號(hào)：TM571 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2016）04（a）-0070-02

江陰興澄特鋼為響應(yīng)我國(guó)節(jié)能減排政策，發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)，充分利用高爐水渣來(lái)減少環(huán)境污染，于2011年11月正式建成投產(chǎn)年產(chǎn)100萬(wàn)t礦渣微粉生產(chǎn)線。立磨主機(jī)采用中信重工的LGSM5725型立磨，主排風(fēng)機(jī)作為與磨機(jī)配合的最重要設(shè)備，對(duì)磨機(jī)的運(yùn)行起到至關(guān)重要的作用。主排風(fēng)機(jī)風(fēng)量的平衡直接影響微粉產(chǎn)品，風(fēng)量過(guò)大可能導(dǎo)致成品比表面積質(zhì)量降低，風(fēng)量過(guò)小又可能導(dǎo)致產(chǎn)量過(guò)低經(jīng)濟(jì)效益下降。主排風(fēng)機(jī)電控系統(tǒng)選用西門(mén)子的S7-400 PLC和ABB公司的ACS5000中壓變頻器，兩者采用Profibus-DP過(guò)程現(xiàn)場(chǎng)總線進(jìn)行通訊，Profibus-DP不依賴于生產(chǎn)廠家的、開(kāi)放式的現(xiàn)場(chǎng)總線，各種各樣的自動(dòng)化設(shè)備均可通過(guò)同樣的接口協(xié)議進(jìn)行信息的交換。

1 系統(tǒng)配置

礦渣微粉生產(chǎn)線是具備較高的數(shù)據(jù)集成和遠(yuǎn)程診斷、故障報(bào)警及數(shù)字化要求的系統(tǒng)，中控室共有3臺(tái)工控機(jī)，其中1臺(tái)ES站安裝了STEP7編程組態(tài)軟件WINCC V7.0 RC版監(jiān)控操作組態(tài)軟件以及相對(duì)應(yīng)的必需的授權(quán)許可證（License Keys）。對(duì)工程項(xiàng)目文件進(jìn)行新建、編輯、修改，項(xiàng)目程序的下載、上載以及生產(chǎn)設(shè)備的監(jiān)控、操作，生產(chǎn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集、存儲(chǔ)、報(bào)警、打印等功能。兩臺(tái)OS站實(shí)現(xiàn)操作人員對(duì)生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控、操作和報(bào)警信息提示。S7-400PLC系統(tǒng)通過(guò)CP443-1通訊模塊和SCALANCE-X交換機(jī)與WINCC軟件建立工業(yè)以太網(wǎng)通訊進(jìn)行監(jiān)視并統(tǒng)一管理，CPU412-2DP與ACS5000的現(xiàn)場(chǎng)總線適配器模塊NPBA-12組成DP通訊網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。

2 變頻器配置

ACS5000中壓變頻器的主要參數(shù)持續(xù)輸出功率3 000 kVA，持續(xù)輸出電流290 A，輸出電壓范圍0～6 kV，完全滿足主排風(fēng)機(jī)電機(jī)YPKS710-6，電壓等級(jí)6 kV，功率2 240 kW的控制要求。ACS5000中壓變頻器具有以下無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)：（1）應(yīng)用36脈沖二極管整流器消除了網(wǎng)絡(luò)諧波，電網(wǎng)友好性大大提升，因此無(wú)需昂貴的網(wǎng)側(cè)濾波器。（2）高可靠性IGCT 應(yīng)用模塊化技術(shù)，大大降低零散元器件數(shù)量。（3）電機(jī)的友好性多電平的輸出波形，使諧波含量最優(yōu)化，因此電機(jī)沒(méi)有更高的絕緣和尺寸要求。（4）變頻器使用直接轉(zhuǎn)矩控制，從零速到滿轉(zhuǎn)速，提供快速、精確無(wú)級(jí)的控制。在整個(gè)電動(dòng)機(jī)速度范圍內(nèi)輸出滿轉(zhuǎn)矩及最佳的速度控制精度，在無(wú)需安裝脈沖編碼器時(shí)達(dá)到額定轉(zhuǎn)速的0.1%，達(dá)到立磨生產(chǎn)中對(duì)風(fēng)量的高精度控制。相比其他礦渣立磨廠家單純依靠調(diào)節(jié)閥門(mén)開(kāi)度控制風(fēng)量，節(jié)省用電量具有較強(qiáng)的節(jié)能能力。

作為DP從站ACS5000變頻器需要進(jìn)行正確參數(shù)設(shè)置。（1）1組01EXT1，03EXT1 ON REQUEST，12組03 Ext Ref1 Select，16組11 RemoteFltResetSel全部定義為COMM.CH0通道進(jìn)行通訊。（2）51組FIELDBUS ADAPTER，51組01適配器自動(dòng)生成，51組02通訊協(xié)議定義為DP，51組03PPO類型定義為PPO4與PLC上組態(tài)的PPO類型一致，51組04站號(hào)定義為9，51組05 NO.OF DATA SETS為4，定義4個(gè)狀態(tài)字，51組06 DATA SET INDEX 定義為FBA DSET 1，51組08 COMM PROFILE為ABB DRIVES[1]。（3）PLC主站對(duì)變頻器從站輸入?yún)^(qū)的數(shù)據(jù)直接設(shè)定參數(shù)地址映射，分別是用于ABB傳動(dòng)通信協(xié)議的狀態(tài)字SW（91.01對(duì)應(yīng)定義為801主狀態(tài)字；變頻器的實(shí)際值A(chǔ)CT1（91.02對(duì)應(yīng)定義為108轉(zhuǎn)速）；實(shí)際值A(chǔ)CT2（91.03對(duì)應(yīng)定義為118轉(zhuǎn)定子電壓）；實(shí)際值A(chǔ)CT3（91.04對(duì)應(yīng)定義為119電流）。（4）PLC主站對(duì)變頻器從站的輸出區(qū)的數(shù)據(jù)也直接設(shè)定參數(shù)地址映射：分別是用于ABB傳動(dòng)通信協(xié)議的控制字CW（92.01對(duì)應(yīng)定義為706控制字；變頻器的設(shè)定值1（92.02對(duì)應(yīng)定義為303轉(zhuǎn)速）；設(shè)定值2（92.03對(duì)應(yīng)定義為304轉(zhuǎn)矩）。

3 STEP7系統(tǒng)配置與程序編寫(xiě)

PLC硬件共電源模塊PS407，CPU模塊412-2DP，通訊模塊CP443-1三個(gè)模塊。組態(tài)RPBA—12時(shí)選擇的通訊報(bào)文格式PPO4∶0 PKW/6 PZD也就是0個(gè)字的參數(shù)數(shù)據(jù)和6個(gè)字的過(guò)程數(shù)據(jù)，輸入輸出地址512...523，調(diào)用SFC14/15塊中LADDR管腳對(duì)應(yīng)為為W#16#200[2]。在程序中建立各有12個(gè)字節(jié)的輸入和輸出的數(shù)據(jù)塊DBl2來(lái)存儲(chǔ)PZD過(guò)程數(shù)據(jù)，同時(shí)建立變量表，用于監(jiān)控實(shí)時(shí)通訊效果，STEP7系統(tǒng)程序編寫(xiě)見(jiàn)圖1。

此外在PLC自動(dòng)化系統(tǒng)中進(jìn)行編程要注意主斷路器合分閘命令通過(guò)變頻器輸出，高壓柜合閘后，變頻柜充電20 s后才允許啟動(dòng)。正常運(yùn)行時(shí)與電動(dòng)機(jī)定子溫度，軸承溫度，風(fēng)機(jī)軸承座溫度及振動(dòng)連鎖，發(fā)生異常報(bào)警或故障停機(jī)。變頻器轉(zhuǎn)速設(shè)定范圍為0～1 000 RPM，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)總線給定值的比例換算處理，其對(duì)應(yīng)關(guān)系為十進(jìn)制0～20 000的線性關(guān)系，給定轉(zhuǎn)速=畫(huà)面輸入轉(zhuǎn)速×20 000/1 000。

4 結(jié)語(yǔ)

主排風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)西門(mén)子PLC與ABB變頻器采用了Profibus-DP現(xiàn)場(chǎng)總線控制模式后，使不同廠商品牌的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備達(dá)到最佳的系統(tǒng)集成。不但整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單操作簡(jiǎn)便，可靠性強(qiáng)易于維護(hù)，而且可以根據(jù)工藝要求對(duì)需要監(jiān)控的參數(shù)進(jìn)行靈活修改。

參考文獻(xiàn)

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[2]張如俊，殷斌.基于DP總線的西門(mén)子PLC與ABB變頻器在鍛壓設(shè)備中的應(yīng)用[J].鍛壓裝備與制造技術(shù)，2014（5）：56-58.