王媛媛 劉艷

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

1.概述

雙車翻車機是我廠近年來根據(jù)用戶要求，推出的新產(chǎn)品，可以大幅度提高卸煤效率，已受到很多用戶的青睞。設(shè)備控制系統(tǒng)的可靠性、先進性直接影響用戶的生產(chǎn)效率和經(jīng)濟效益。為了提高設(shè)備的穩(wěn)定性，防止由于移動式電纜在設(shè)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(shù)，簡化了硬件電路、線纜的數(shù)量。本文以某鋼廠雙車翻車機電氣控制系統(tǒng)設(shè)計、調(diào)試為例，詳細描述了PROFIBUS-DP總線、PLC分站式變頻器控制系統(tǒng)、變頻器主從控制等先進技術(shù)在雙車翻車機中的應(yīng)用。

2.分站式PLC控制系統(tǒng)的組成

PLC采用S7-300，變頻器采用ABB公司的ACS800-04系列產(chǎn)品，根據(jù)現(xiàn)場設(shè)備的布置，整個翻車機控制網(wǎng)絡(luò)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(tǒng)的自身特點，重調(diào)機、遷車臺及空調(diào)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(wǎng)絡(luò)的安全可靠及降低成本，重調(diào)機、遷車臺及空調(diào)機的光電編碼器分站都必須是終端設(shè)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(xiàn)場各設(shè)備間距離較遠，現(xiàn)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(shù)據(jù)信號。

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

圖1 翻車機系統(tǒng)DP總線圖

3.PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)變頻器的硬件及軟件組態(tài)

僅以空車調(diào)車機的控制網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成為例進行說明?？哲囌{(diào)車機有3臺變頻電機，PLC作為自動化系統(tǒng)的主站，變頻器為從站，3臺變頻器均掛在PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)中。3臺變頻器之間采用主從結(jié)構(gòu)，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(tài)及報警狀態(tài)信號。其主要通訊是通過RPBA-01與PROFIBUS-DP適配器模塊傳送。傳輸?shù)闹饕獌?nèi)容為過程數(shù)據(jù)，過程數(shù)據(jù)包括以下幾個：CW–控制字（從主機到從機）;SW–狀態(tài)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(shù)據(jù)（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(shù)據(jù)集;DW–數(shù)據(jù)字。在過程數(shù)據(jù)（PZD）中，控制字CW是現(xiàn)場總線系統(tǒng)控制傳動單元的基本手段。它由現(xiàn)場總線主機站發(fā)送給傳動單元。適配器模塊充當(dāng)一個網(wǎng)關(guān)的作用。傳動單元根據(jù)控制字的位編碼指示作出反應(yīng)，并且通過狀態(tài)字（SW）將狀態(tài)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(shù)位。負給定值（表示反向旋轉(zhuǎn)）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(shù)來定義監(jiān)視功能。在實際應(yīng)用中，可以將速度、斜坡時間等值放在PZD中。

軟件組態(tài)按以下方式進行：主機架選用標(biāo)準(zhǔn)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(wǎng)絡(luò)接口的CPU315-2 DP，可方便地與PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)連接，其它各槽為數(shù)字量的輸入輸出板和模擬量的輸入輸出板。為了組態(tài)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(yīng)GSD文件。系統(tǒng)的編程由STEP7軟件實現(xiàn)，PLC通過CP343-1以太網(wǎng)模塊與PC機連接，實現(xiàn)PC機在線編程、監(jiān)控和調(diào)試PLC中的數(shù)據(jù)、程序及運行狀況等。

4.變頻器的PROFIBUS-DP的實現(xiàn)

4.1 變頻器的PROFIBUS-DP通訊啟動及參數(shù)設(shè)定

表1 用于通訊的變頻器參數(shù)

空調(diào)機

參數(shù) 主機設(shè)置 從機設(shè)置

PROFIBUS-DP總線參數(shù)設(shè)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(xiàn)場總線適配器模塊RPB-01之間的通訊可以通過設(shè)置參數(shù)98.02：FIELDBUS來激活。在實現(xiàn)通訊之后，必須檢查傳動單元的控制參數(shù)，必要時作出相應(yīng)調(diào)整，如表1所示。

4.2 ROFIBUS-DP總線控制變頻器的程序設(shè)計

在硬件組態(tài)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(diào)車機為例詳述。

表2 變頻器地址

從中可看出，空調(diào)機主變頻器控制字CW對應(yīng)的字節(jié)為296、297;給定值REF對應(yīng)的字節(jié)為298、299;狀態(tài)字SW對應(yīng)的字節(jié)為312、313。從變頻器狀態(tài)字SW對應(yīng)的字節(jié)為300、301和288、289?？刂谱帧顟B(tài)字各位的定義詳見ABB Drives 通訊協(xié)議的控制字及ABB Dri通迅協(xié)議的狀態(tài)字。從控制字的定義我們可以查出：

“運行”轉(zhuǎn)為二進制為：0000 0100 0111 1111;轉(zhuǎn)為16進制為47F。

“停止”轉(zhuǎn)為二進制為：0000 0100 0111 1110;轉(zhuǎn)為16進制為47E。

“復(fù)位”轉(zhuǎn)為二進制為：0000 0100 1111 1110;轉(zhuǎn)為16進制為4FE。

這樣相應(yīng)的程序就可以采用MOVE指令，將空調(diào)機啟動命令、空調(diào)機停止命令、空調(diào)機故障復(fù)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(xié)議時，現(xiàn)場總線給定值REF1和REF2需要進行比例換算，具體為：-20000=-[參數(shù)11.05]，-1=-[參數(shù)11.04]，0=[參數(shù)11.04]，20000=[參數(shù)11.05]。例如，設(shè)定參數(shù)11.04=0Hz，參數(shù)11.05=100Hz，那么當(dāng)REF給定為-10000時，表示電機以50Hz的速度反轉(zhuǎn)。

5.結(jié)束語

雙車翻車機整個系統(tǒng)采用了PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)控制。PLC通過PROFIBUS-DP 控制變頻傳動，使整個系統(tǒng)運行可靠，操作簡單。隨著網(wǎng)絡(luò)化在工業(yè)自動化控制中的普及，將PROFIBUS的開放性、低成本等優(yōu)點與變頻驅(qū)動裝置的可靠性相結(jié)合，具有廣泛的應(yīng)用前景。