西門子PLC與ABB變頻器在軟起動(dòng)器改造系統(tǒng)中的應(yīng)用

鄭國(guó)軍 金儒衡

（湖南華菱湘潭鋼鐵有限公司，湖南 湘潭 411101）

西門子PLC與ABB變頻器在軟起動(dòng)器改造系統(tǒng)中的應(yīng)用

鄭國(guó)軍 金儒衡

（湖南華菱湘潭鋼鐵有限公司，湖南 湘潭 411101）

本文介紹了在原有軟起動(dòng)器起動(dòng)助燃風(fēng)機(jī)的基礎(chǔ)上進(jìn)行自動(dòng)化改造，在原基礎(chǔ)上新增ABB變頻器，其通過端子及DP網(wǎng)絡(luò)通信兩種方式進(jìn)行控制。WINCC監(jiān)控畫面通過以太網(wǎng)與PLC通信，PLC通過PROFIBUS-DP總線控制ABB變頻器啟停及調(diào)速，本地通過端子控制變頻器啟停及升降速，保留原風(fēng)機(jī)房操作箱使用軟起動(dòng)器起動(dòng)風(fēng)機(jī)功能。該改造方法成功應(yīng)用于湘潭鋼鐵公司大盤卷生產(chǎn)線助燃風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)中，運(yùn)行效果良好。

PLC；軟起動(dòng)器；變頻器；通信；FROFIBUS-DP

湘潭鋼鐵集團(tuán)有限公司大盤卷生產(chǎn)線步進(jìn)梁式加熱爐于2007年安裝調(diào)試完成，其助燃風(fēng)機(jī)采用用的是軟起動(dòng)器的起動(dòng)方式，運(yùn)行使用穩(wěn)定，通過調(diào)節(jié)風(fēng)門的開口度大小來調(diào)節(jié)風(fēng)壓的大小，以適應(yīng)加熱爐內(nèi)溫度控制需要的空燃比。為了節(jié)約電耗，2015 年10月，通過改造原有控制系統(tǒng)，采用變頻調(diào)速的方式來調(diào)節(jié)風(fēng)量的大小以適應(yīng)溫控的要求。本控制系統(tǒng)保留原軟起動(dòng)器功能，改造后增加變頻控制系統(tǒng)，遠(yuǎn)程通過WINCC監(jiān)控畫面與PLC以太網(wǎng)通信，PLC與ABB變頻器通過PROFIBUS-DP總線通信控制，本地則通過端子控制ABB變頻器的運(yùn)行。

1　系統(tǒng)配置

上位機(jī)畫面使用WINCC操作，與PLC使用以太網(wǎng)通信。加熱爐儀表PLC為西門子S7-400。ABB變頻器為 ACS800-04P-0400-3+P901，其控制單元RDCU-12C帶RPBA-01 PROFIBUS通信適配器。軟起動(dòng)器為施耐德ATS48C59Q。

2　工作方式及通信設(shè)置

通過控制柜上的操作旋鈕選擇本地/遠(yuǎn)程、1#工頻/變頻、2#工頻/變頻工作模式，使得工作狀態(tài)分別為1#工頻2#變頻、1#變頻2#工頻、1#工頻2#工頻三種工作狀態(tài)。變頻器本地為端子控制，遠(yuǎn)程為DP網(wǎng)絡(luò)控制。工頻由風(fēng)機(jī)房的操作箱選擇起動(dòng)1#或2#助燃風(fēng)機(jī)軟起動(dòng)器，運(yùn)行及故障兩個(gè)開關(guān)量信號(hào)反饋給PLC。

S7-400PLC與ACS800變頻器設(shè)置如圖3所示。

圖1　主回路配置

圖2　網(wǎng)絡(luò)配置

2.1S7-400PLC的設(shè)置

1）在S7-400硬件組態(tài)中安裝ABB_0812.GSD文件（在STEP7硬件組態(tài)界面，options-intall GSD file將ABB的GSD文件導(dǎo)入STEP7中）。

2）硬件組態(tài)：DP主站中插入從站ABB Drives RPBA-01，分配從站地址（如圖 3所示地址為 4）（profibu-dp→additional field device→drvies→ABB Drives RPBA-01→PPO Type 4即輸入輸出各6個(gè)字），從站的參數(shù)設(shè)置中將operation mode修改為vendor specific。其他默認(rèn)配置，保存編譯（如圖3所示）。

3）新建DB塊（用來保存ABB變頻器通信數(shù)據(jù)）、FC塊，并在FC塊中調(diào)用系統(tǒng)功能塊SFC14、SFC15讀寫DP從站ABB變頻器數(shù)據(jù)，通過控制字及速度給定來控制ABB變頻器。

4）其他默認(rèn)配置，將配置下載到PLC中。

主站PLC給DP從站ABB變頻器的OUTPUT數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)為：第一個(gè)字通信控制字 CW；第二個(gè)字變頻器給定值REF1；第三個(gè)字變頻器給定值REF2；第四個(gè)字變頻器給定值REF3（由ACS800變頻器參數(shù)90.01決定）；第五個(gè)字變頻器給定值REF4（由ABB變頻器參數(shù)90.02決定）；第六個(gè)字變頻器給定值REF5（由ABB變頻器參數(shù)90.03決定）。

DP從站ABB變頻器給主站PLC的INPUT數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)為：第一個(gè)字對(duì)應(yīng)為變頻器狀態(tài)字 SW；第二個(gè)字為變頻器實(shí)際值 ACT1（由 ACS800參數(shù)92.02決定）；第三個(gè)字為變頻器的實(shí)際值A(chǔ)CT2（由ACS800參數(shù)92.03決定）；第四個(gè)字為變頻器的實(shí)際值A(chǔ)CT3（由ACS800參數(shù)92.04決定）；第五個(gè)字為變頻器的實(shí)際值A(chǔ)CT4（由ACS800參數(shù)92.05決定）；第六個(gè)字為變頻器的實(shí)際值 ACT5（由ACS800參數(shù)92.06決定）。

圖3　硬件組態(tài)

2.2ACS800變頻器參數(shù)設(shè)置

在ABB變頻器的DP通信適配器RPBA-01上設(shè)置站點(diǎn)撥碼地址，地址與PLC組態(tài)時(shí)設(shè)置相同（如撥碼地址設(shè)為0，則從站地址由變頻器參數(shù)設(shè)置），DP連接頭的終端電阻撥為on，則RPBA-01通信卡上不需要接入終端電阻。在CDP312R操作盤LOC模式下進(jìn)入PAR參數(shù)設(shè)置，99組設(shè)置電機(jī)參數(shù)，并做 ID RUN電機(jī)識(shí)別。DP通信控制、端子控制與DP控制的選擇參數(shù)設(shè)置如下。

1）參數(shù)98.02改為Fieldbus，表示RPBA-01通信板被激活。

2）參數(shù)98.07改為ABB DRIVE，表示選擇的是ABB傳動(dòng)單元通信協(xié)議（該參數(shù)98.02激活后可見）。

3）參數(shù) 51組在 98.02激活后可見：51.01= PROFIBUS DP；51.02=4（與PLC組態(tài)設(shè)置從站地址一到致）；51.03=1500（表示波特率 1.5Mbps）；51.04=4（表示報(bào)文協(xié)議PPO4，與PLC硬件配置一樣）；51組的PZD保持默認(rèn)；51.27刷新參數(shù)修改。

4）將端子控制作為外部給定REF1；DP網(wǎng)絡(luò)控制作為 REF2；RDCU控制板上的 DI1、DI2、DI3分別作為端子起停控制、信號(hào)源選擇、變頻器使能。

（1）參數(shù)10.01=DI1（表示外部EXT1起動(dòng)、停止由DI1給定，在本例中為操作柜上本地起動(dòng)按鈕）；10.02=COMM.MODULE（表示外部EXT2起動(dòng)、停止由DP通信給定）。

（2）參數(shù)11.01=REF1（表示操作盤給定值的類型）；11.02=DI2（表示由DI2來選擇EXT1或EXT2讀取信號(hào)，0=EXT1，1=EXT2，在本例中為操作柜上本地/遠(yuǎn)程轉(zhuǎn)換開關(guān)）；11.03=KEYPAD（選擇外部給定REF1的信號(hào)源）11.06=COMM.MODULE（外部給定REF2的信號(hào)源）。

（3）參數(shù)16.01=DI3（即DI3=1時(shí)允許運(yùn)行，在本例中為變頻主回路中KM1或KM3吸合常開輔助點(diǎn)接通）。

調(diào)試中注意事項(xiàng)：比如EXT1用作端子控制，EXT2用作DP網(wǎng)絡(luò)控制，則通過主站過來的速度給定應(yīng)該在第三個(gè)字，而非第二個(gè)字。其次51組中的PZD OUT對(duì)應(yīng)主站給從站，PZD IN對(duì)應(yīng)從站傳給主站，對(duì)應(yīng)傳動(dòng)數(shù)據(jù)集90組、92組。

圖4　數(shù)據(jù)集字地址分配

3　程序設(shè)計(jì)

利用系統(tǒng)功能塊SFC14、SFC15讀寫變頻器數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)存于DB塊中，讀寫數(shù)據(jù)字的長(zhǎng)度取決于PPO報(bào)文協(xié)議的類型，這里用的是PPO4，即對(duì)應(yīng)6個(gè)輸入輸出過程數(shù)據(jù)如圖5所示。

圖5

圖6

圖6中M224.0對(duì)應(yīng)于WINCC畫面起動(dòng)按鈕，M224.0置1即向ABB傳動(dòng)通信協(xié)議的控制字寫入W#16#476進(jìn)行初始化，延時(shí)100ms起動(dòng)電機(jī)（控制字47F），停止控制字477，速度給定為第三個(gè)字，而非第二個(gè)字，因第二個(gè)字被EXT1的速度給定占用了。以上程序基本實(shí)現(xiàn)了ABB變頻器的控制，其次可以與原PLC系統(tǒng)進(jìn)行PID調(diào)節(jié)，以及運(yùn)行參數(shù)的讀取和顯示，值得注意的是，頻率和速度給定時(shí)其0-最大值對(duì)應(yīng)0-20000的程序給定；轉(zhuǎn)矩和PID 的0-最大值對(duì)應(yīng)0-10000的程序給定。

4　結(jié)論

在軟起動(dòng)控制系統(tǒng)中，經(jīng)過改造增加ABB變頻器，通過DP網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)西門子PLC控制ABB變頻器調(diào)速，大幅降低安裝、運(yùn)行、維護(hù)成本，提高了系統(tǒng)的抗干擾能力，即保留了原工頻軟起動(dòng)的功能又可以根據(jù)工藝的需要靈活地進(jìn)行程序修改控制，為今后類似節(jié)能降耗設(shè)備改造項(xiàng)目提供了一個(gè)成功典范。

［1］ ABB Inc. PROFIBUS DP Adapter Module RPBA-01 User's Manual［M］. Finland 2005： 19-51.

［2］ 廖常初. S7-300/400 PLC應(yīng)用技術(shù)［M］. 3版. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 2012.

［3］ ACS800固件手冊(cè) ACS800-04/07P泵和風(fēng)機(jī)傳動(dòng)應(yīng)用程序［Z］. 北京： 北京ABB電氣傳動(dòng)系統(tǒng)有限公司，2006： 163-166.

［4］ ACS800硬件手冊(cè) ACS800-04P傳動(dòng)模塊（200～560kW）［Z］. 北京： 北京ABB電氣傳動(dòng)系統(tǒng)有限公司， 2006： 69-73.

The Application of Siemens PLC and ABB Inverter in the Soft Starter Transformation System

Zheng Guojun Jin Ruheng
（Xiangtan Iron & Steel Co.， Ltd， of Hunan Valin， Xiangtan， Hu'nan 411101）

This paper introduced in the original soft starter to start combustion supporting fan on the basis of automation， new ABB Inverter on the basis of the original， and the two through the terminal and DP network communication control. WINCC picture communicate with PLC through Ethernet， PLC through PROFIBUS-DP control ABB Inverter start stop and speed control， local through the terminal control inverter start stop and the lifting speed retained original fan room operation box using soft starter to start the fan. The transformation method is successfully applied to the Xiangtan Steel Corp of large volume production line combustion fan control system， good operation effect.

PLC； soft starter； inverter； communication； FROFIBUS-DP

鄭國(guó)軍（1984-），男，浙江衢州人，湖南湘潭鋼鐵集團(tuán)有限公司高線廠電氣工程師，主要從事電氣設(shè)備管理、維護(hù)、改造設(shè)計(jì)調(diào)試等工作。