基于PROFIBUS—DP總線的分站式PLC控制變頻器在翻車機中的應用

王媛媛 劉艷

【摘要】本文介紹了PROFIBUS-DP總線、PLC分站式控制系統的配置和設置，以及利用PROFIBUS-DP總線控制變頻器在雙車翻車機的應用過程。

1.概述

雙車翻車機是我廠近年來根據用戶要求，推出的新產品，可以大幅度提高卸煤效率，已受到很多用戶的青睞。設備控制系統的可靠性、先進性直接影響用戶的生產效率和經濟效益。為了提高設備的穩定性，防止由于移動式電纜在設備移動過程中頻繁拉伸和彎曲而易折斷，近年來我廠運用PROFIBUS-DP總線、PLC分站控制技術，簡化了硬件電路、線纜的數量。本文以某鋼廠雙車翻車機電氣控制系統設計、調試為例，詳細描述了PROFIBUS-DP總線、PLC分站式變頻器控制系統、變頻器主從控制等先進技術在雙車翻車機中的應用。

2.分站式PLC控制系統的組成

PLC采用S7-300，變頻器采用ABB公司的ACS800-04系列產品，根據現場設備的布置，整個翻車機控制網絡包括11個變頻器分站、4個光電編碼器分站及若干個I/O分站。由于翻車機系統的自身特點，重調機、遷車臺及空調機的主電機均在移動車體上，采取移動掛纜供電方式，為了網絡的安全可靠及降低成本，重調機、遷車臺及空調機的光電編碼器分站都必須是終端設備，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現場各設備間距離較遠，現場總線距離較長，必須配置SIEMENS PROFIBUS RS485中繼器6ES7972-0AA01-0XA0，用來放大總線上的數據信號。

考慮現場設備布置及結合I、O信號就近進入PLC的原則，最終設計整個控制系統如圖所示。在整個控制系統中，共包含24個站點，其中，主站位于翻車機二樓集控室內，其余23個分站分別位于一樓配電室及翻車機現場。

圖1 翻車機系統DP總線圖

3.PROFIBUS-DP網絡變頻器的硬件及軟件組態

僅以空車調車機的控制網絡構成為例進行說明。空車調車機有3臺變頻電機，PLC作為自動化系統的主站，變頻器為從站，3臺變頻器均掛在PROFIBUS網絡中。3臺變頻器之間采用主從結構，主變頻器由PLC控制，其余2臺變頻器與主變頻器通信，跟隨動作。工作時，PLC主站傳送指令給從站，接受變頻器反饋的運行狀態及報警狀態信號。其主要通訊是通過RPBA-01與PROFIBUS-DP適配器模塊傳送。傳輸的主要內容為過程數據，過程數據包括以下幾個：CW–控制字（從主機到從機）;SW–狀態字（從機到主機）;REF–給定值（主機到從機）;ACT–實際值（從機到主機）;PZD–過程數據（由用戶指定）（從主機到從機的輸出，從從機到主機的輸入）;DS–數據集;DW–數據字。在過程數據（PZD）中，控制字CW是現場總線系統控制傳動單元的基本手段。它由現場總線主機站發送給傳動單元。適配器模塊充當一個網關的作用。傳動單元根據控制字的位編碼指示作出反應，并且通過狀態字（SW）將狀態信息反饋給主機。給定值（REF）是一個16位字，包含1個符號位和15個整數位。負給定值（表示反向旋轉）以二進制的補碼形式表示。實際值是一個16位字，它包含傳動單元操作方面的信息。由傳動參數來定義監視功能。在實際應用中，可以將速度、斜坡時間等值放在PZD中。

軟件組態按以下方式進行：主機架選用標準SIMATIC 300的RACK300機架，在該機架的1號槽為PS307，10A的電源，2號槽為帶PROFIBUS網絡接口的CPU315-2 DP，可方便地與PROFIBUS-DP網絡連接，其它各槽為數字量的輸入輸出板和模擬量的輸入輸出板。為了組態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GSD文件。系統的編程由STEP7軟件實現，PLC通過CP343-1以太網模塊與PC機連接，實現PC機在線編程、監控和調試PLC中的數據、程序及運行狀況等。

4.變頻器的PROFIBUS-DP的實現

4.1 變頻器的PROFIBUS-DP通訊啟動及參數設定

表1 用于通訊的變頻器參數

空調機

參數 主機設置 從機設置

PROFIBUS-DP總線參數設置

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和現場總線適配器模塊RPB-01之間的通訊可以通過設置參數98.02：FIELDBUS來激活。在實現通訊之后，必須檢查傳動單元的控制參數，必要時作出相應調整，如表1所示。

4.2 ROFIBUS-DP總線控制變頻器的程序設計

在硬件組態中，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車機為例詳述。

表2 變頻器地址

從中可看出，空調機主變頻器控制字CW對應的字節為296、297;給定值REF對應的字節為298、299;狀態字SW對應的字節為312、313。從變頻器狀態字SW對應的字節為300、301和288、289。控制字、狀態字各位的定義詳見ABB Drives 通訊協議的控制字及ABB Dri通迅協議的狀態字。從控制字的定義我們可以查出：

“運行”轉為二進制為：0000 0100 0111 1111;轉為16進制為47F。

“停止”轉為二進制為：0000 0100 0111 1110;轉為16進制為47E。

“復位”轉為二進制為：0000 0100 1111 1110;轉為16進制為4FE。

這樣相應的程序就可以采用MOVE指令，將空調機啟動命令、空調機停止命令、空調機故障復位命令移入主變頻器控制字PWQ296中;對于Q298（主機的REF給定），在使用ABB Drives通訊協議時，現場總線給定值REF1和REF2需要進行比例換算，具體為：-20000=-[參數11.05]，-1=-[參數11.04]，0=[參數11.04]，20000=[參數11.05]。例如，設定參數11.04=0Hz，參數11.05=100Hz，那么當REF給定為-10000時，表示電機以50Hz的速度反轉。

5.結束語

雙車翻車機整個系統采用了PROFIBUS網絡控制。PLC通過PROFIBUS-DP 控制變頻傳動，使整個系統運行可靠，操作簡單。隨著網絡化在工業自動化控制中的普及，將PROFIBUS的開放性、低成本等優點與變頻驅動裝置的可靠性相結合，具有廣泛的應用前景。