西門子PLC和ACS5000變頻器在主排風機中的應用

陸彬 許君鋒

摘 要：介紹基于西門子S7-400PLC和ABB公司ACS5000的中壓變頻控制系統在江陰興澄特鋼礦渣微粉主排風機的應用。針對通訊網絡配置，變頻器配置和STEP7系統配置與程序編寫進行說明，重點介紹ACS5000中壓變頻器在DP通訊中參數定義和在編程中對數據的正確處理，通過不斷地完善與改進，完全滿足安全運行和生產要求。

關鍵詞：ACS5000 PLC 主排風機

中圖分類號：TM571 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2016）04（a）-0070-02

江陰興澄特鋼為響應我國節能減排政策，發展循環經濟，充分利用高爐水渣來減少環境污染，于2011年11月正式建成投產年產100萬t礦渣微粉生產線。立磨主機采用中信重工的LGSM5725型立磨，主排風機作為與磨機配合的最重要設備，對磨機的運行起到至關重要的作用。主排風機風量的平衡直接影響微粉產品，風量過大可能導致成品比表面積質量降低，風量過小又可能導致產量過低經濟效益下降。主排風機電控系統選用西門子的S7-400 PLC和ABB公司的ACS5000中壓變頻器，兩者采用Profibus-DP過程現場總線進行通訊，Profibus-DP不依賴于生產廠家的、開放式的現場總線，各種各樣的自動化設備均可通過同樣的接口協議進行信息的交換。

1 系統配置

礦渣微粉生產線是具備較高的數據集成和遠程診斷、故障報警及數字化要求的系統，中控室共有3臺工控機，其中1臺ES站安裝了STEP7編程組態軟件WINCC V7.0 RC版監控操作組態軟件以及相對應的必需的授權許可證（License Keys）。對工程項目文件進行新建、編輯、修改，項目程序的下載、上載以及生產設備的監控、操作，生產數據的實時采集、存儲、報警、打印等功能。兩臺OS站實現操作人員對生產設備進行監控、操作和報警信息提示。S7-400PLC系統通過CP443-1通訊模塊和SCALANCE-X交換機與WINCC軟件建立工業以太網通訊進行監視并統一管理，CPU412-2DP與ACS5000的現場總線適配器模塊NPBA-12組成DP通訊網絡進行數據傳輸。

2 變頻器配置

ACS5000中壓變頻器的主要參數持續輸出功率3 000 kVA，持續輸出電流290 A，輸出電壓范圍0～6 kV，完全滿足主排風機電機YPKS710-6，電壓等級6 kV，功率2 240 kW的控制要求。ACS5000中壓變頻器具有以下無可比擬的優勢：（1）應用36脈沖二極管整流器消除了網絡諧波，電網友好性大大提升，因此無需昂貴的網側濾波器。（2）高可靠性IGCT 應用模塊化技術，大大降低零散元器件數量。（3）電機的友好性多電平的輸出波形，使諧波含量最優化，因此電機沒有更高的絕緣和尺寸要求。（4）變頻器使用直接轉矩控制，從零速到滿轉速，提供快速、精確無級的控制。在整個電動機速度范圍內輸出滿轉矩及最佳的速度控制精度，在無需安裝脈沖編碼器時達到額定轉速的0.1%，達到立磨生產中對風量的高精度控制。相比其他礦渣立磨廠家單純依靠調節閥門開度控制風量，節省用電量具有較強的節能能力。

作為DP從站ACS5000變頻器需要進行正確參數設置。（1）1組01EXT1，03EXT1 ON REQUEST，12組03 Ext Ref1 Select，16組11 RemoteFltResetSel全部定義為COMM.CH0通道進行通訊。（2）51組FIELDBUS ADAPTER，51組01適配器自動生成，51組02通訊協議定義為DP，51組03PPO類型定義為PPO4與PLC上組態的PPO類型一致，51組04站號定義為9，51組05 NO.OF DATA SETS為4，定義4個狀態字，51組06 DATA SET INDEX 定義為FBA DSET 1，51組08 COMM PROFILE為ABB DRIVES[1]。（3）PLC主站對變頻器從站輸入區的數據直接設定參數地址映射，分別是用于ABB傳動通信協議的狀態字SW（91.01對應定義為801主狀態字；變頻器的實際值ACT1（91.02對應定義為108轉速）；實際值ACT2（91.03對應定義為118轉定子電壓）；實際值ACT3（91.04對應定義為119電流）。（4）PLC主站對變頻器從站的輸出區的數據也直接設定參數地址映射：分別是用于ABB傳動通信協議的控制字CW（92.01對應定義為706控制字；變頻器的設定值1（92.02對應定義為303轉速）；設定值2（92.03對應定義為304轉矩）。

3 STEP7系統配置與程序編寫

PLC硬件共電源模塊PS407，CPU模塊412-2DP，通訊模塊CP443-1三個模塊。組態RPBA—12時選擇的通訊報文格式PPO4∶0 PKW/6 PZD也就是0個字的參數數據和6個字的過程數據，輸入輸出地址512...523，調用SFC14/15塊中LADDR管腳對應為為W#16#200[2]。在程序中建立各有12個字節的輸入和輸出的數據塊DBl2來存儲PZD過程數據，同時建立變量表，用于監控實時通訊效果，STEP7系統程序編寫見圖1。

此外在PLC自動化系統中進行編程要注意主斷路器合分閘命令通過變頻器輸出，高壓柜合閘后，變頻柜充電20 s后才允許啟動。正常運行時與電動機定子溫度，軸承溫度，風機軸承座溫度及振動連鎖，發生異常報警或故障停機。變頻器轉速設定范圍為0～1 000 RPM，根據現場總線給定值的比例換算處理，其對應關系為十進制0～20 000的線性關系，給定轉速=畫面輸入轉速×20 000/1 000。

4 結語

主排風機控制系統西門子PLC與ABB變頻器采用了Profibus-DP現場總線控制模式后，使不同廠商品牌的現場設備達到最佳的系統集成。不但整個系統結構簡單操作簡便，可靠性強易于維護，而且可以根據工藝要求對需要監控的參數進行靈活修改。

參考文獻

[1]吳燕翔，成萍，戚祺君.西門子PLC與ABB變頻器之間通訊的實現[J].煤礦機械，2008（4）：172-174.

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