楊志 楊明漢

摘 要：該文結(jié)合工程應(yīng)用實例介紹了PROFIBUS- DP現(xiàn)場總線控制變頻調(diào)速系統(tǒng)的應(yīng)用，并對PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展前景進行了預(yù)測。將PROFIBUS的優(yōu)點（開放性、低成本等）與變頻驅(qū)動裝置的可靠性二者相結(jié)合，不僅可以降低施工的成本，還可以提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，安裝調(diào)試的過程也相對簡單許多。因此，在實際的工程應(yīng)用中前景非常廣泛。

關(guān)鍵詞：PROFIBUS-DP 現(xiàn)場總線 變頻調(diào)速 RPBA-01 PROFIBUS-DP 適配器模塊 脈沖編碼器接口模塊RTAC-01

中圖分類號：TB6 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2016）02（c）-0068-02

1 螺旋卸車機的系統(tǒng)要求及構(gòu)成

螺旋卸車機是一種安全、高效的現(xiàn)代卸料設(shè)備，廣泛用于火電廠、港口、礦山、鋼鐵廠列車裝載的散裝物料（煤、礦）的卸車。由于變頻調(diào)速技術(shù)在電氣控制系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用，設(shè)備控制系統(tǒng)的好壞將直接影響用戶生產(chǎn)效率和經(jīng)濟效益，因此必須先進可靠。運用PROFIBUS-DP總線技術(shù)的控制信息是純數(shù)據(jù)化的，把硬件、線纜、電路的數(shù)量進行了簡化。提高了控制系統(tǒng)可靠性。文章以襄樊電廠螺旋卸車機控制系統(tǒng)為例，詳細描述了PROFIBUS_DP的變頻控制系統(tǒng)在卸車機中的應(yīng)用。

襄樊電廠卸煤所用螺旋卸車機系統(tǒng)包括大車移動、卸車臂升降、卸車斗旋轉(zhuǎn)3部分。其中大車移動采用4臺25 kW的立式變頻電機驅(qū)動，升降系統(tǒng)采用2臺20 kW的臥式變頻電機驅(qū)動，旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)采用1臺30 kW的臥式變頻電機驅(qū)動。所有變頻電機驅(qū)動均采用一拖一（一臺變頻器控制一臺電機）控制的方法。

根據(jù)傳動控制系統(tǒng)的要求，其控制機構(gòu)與驅(qū)動機構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)通信是通過PROFIBUS進行的。驅(qū)動機構(gòu)在控制系統(tǒng)中的選用ABB公司的ACS800系列的變頻調(diào)速器，并增加了RPBA-01 PROFIBUS-DP適配器擴展模塊。PLC控制系統(tǒng)主要采用的是施耐德公司的昆騰系列，總線模塊配置的是140 CRP 81100 PROFIBUS-DP。

2 使用PROFIBUS后的變頻控制系統(tǒng)特點

該系統(tǒng)是由13家公司（西門子等）組成的ISP組織提出的一種全開放式的現(xiàn)場系統(tǒng)總線，具有快速的動態(tài)響應(yīng)、高速的數(shù)據(jù)傳輸率、較好的抗干擾性幾個特點。整個系統(tǒng)采用帶有主/從關(guān)系的令牌傳送原理進行訪問，令牌由主站來接受，數(shù)據(jù)交換則由主站與從站之間周期性地進行。

與傳統(tǒng)控制方式相比，通過PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)進行控制具有以下優(yōu)點：（1）整個系統(tǒng)的通訊可以用光纖、雙絞線等多種傳輸介質(zhì)，不同工況都可適應(yīng)。（2）多臺變頻器在系統(tǒng)中進行數(shù)據(jù)傳輸只用一條物理傳輸介質(zhì)完成，大量的現(xiàn)場接線的線材和人工費用被節(jié)省下來，大幅降低了工程造價的同時也簡化了安裝過程。（3）采用數(shù)字化的信號傳輸技術(shù)，信號的數(shù)據(jù)衰減和共模干擾被避免了，糾錯和檢錯功能得以實現(xiàn)，傳輸信號的可靠性和精度也大幅提高。（4）可以由上一級自動化系統(tǒng)的應(yīng)用軟件直接控制變頻器的運行，當(dāng)現(xiàn)場工況改變時，不用重新布線，只需要修改應(yīng)用軟件即可，系統(tǒng)的可維護性非常好，維護起來也很方便。（5）PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)具有開放的特性，這樣在同一總線上，不同廠家的變頻器都可掛運行，兼容性非常好。

3 系統(tǒng)控制的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成

下面以螺旋卸車機的大車移動為例對系統(tǒng)控制網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成進行說明。大車移動系統(tǒng)中共有4臺變頻電機，自動化系統(tǒng)的主站是PLC，從站為變頻器，把4臺變頻器都掛在PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)里。它們之間采用主從方式構(gòu)建，由PLC控制主變頻器，其余3臺變頻器與主變頻器進行通信，并跟隨動作。在運行中，PLC主站把主變頻器的指令傳給從站，并接收變頻器反饋的運行狀態(tài)及報警狀態(tài)信號。

系統(tǒng)內(nèi)主要通訊的傳送是由RPBA-01 PROFIBU-DP適配器模塊來進行的。該模塊是ABB ACS800系列變頻器的一個可選設(shè)備，它可以將傳動單元連接到一個PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)。在PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)上，傳動單元被識別為從屬設(shè)備。通過RPBA-01 PROFIBUS-DP適配器模塊，可以進行以下幾種方式的操作。

（1）把（啟動、停止、運行等）控制命令發(fā)給傳動單元。（2）把轉(zhuǎn)矩或速度的設(shè)定參數(shù)發(fā)送給傳動單元。（3）把一個過程給定信號或一個過程實際值發(fā)送給傳動單元的PID調(diào)節(jié)器。（4）把狀態(tài)信號和實際值從傳動單元中讀取出來。（5）改變傳動的參數(shù)值。（6）對傳動單元進行故障復(fù)位。

RPBA-01連接到PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)中是靠一個九針連接器X1。PROFIBUS總線適配器模塊可以支持9.6 kbit/s、19.2 kbit/s、45.45 kbit/s、93.75 kbit/s、187.5 kbit/s、500 kbit/s、9.6 kbit/s、9.6 kbit/s、9.6 kbit/s、9.6 kbit/s的通訊速率。所使用的通訊速率和PPO類型，RPBA-01能自動檢測。

4 系統(tǒng)的通信協(xié)議

PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)通信通過“參數(shù)過程數(shù)據(jù)對象”（PPO）的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)完成。PPO包括過程數(shù)據(jù)（PZD）和參數(shù)識別值（PKW）2部分，其中PKW用于讀、寫參數(shù)值，PZD包括控制字、設(shè)定值、狀態(tài)值和實際值。PZD與PKW的傳輸各自獨立工作，互不影響。

參數(shù)識別：IND數(shù)組索引號；ID-參數(shù)識別；VALUE-參數(shù)值（4字節(jié)最多）。

過程數(shù)據(jù)：SW-狀態(tài)字（由從機到主機）；CW-控制字（由主機到從機）；ACT-實際值（由從機到主機）；REF-給定值 （由主機到從機）；PZD-過程數(shù)據(jù)（用戶指定由主機到從機的輸出，由從機到主機的輸入）；DW-數(shù)據(jù)字；DS-數(shù)據(jù)集。

對于參數(shù)識別值（PKW），文獻[1]給出了具體的請求標識和響應(yīng)標識的準確描述，通過結(jié)構(gòu)的組合，PLC可以對變頻器的不同地址的參數(shù)進行訪問與讀寫，變頻器予以應(yīng)答。

5 控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)其他問題處理

螺旋卸車機系統(tǒng)中變頻器的干擾問題，一直是卸車機程控需要考慮的首要問題。盡管該系統(tǒng)PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)中PLC與變頻器的通訊采用了DP總線（6XV183001 HE00），克服了PLC與變頻器之間的直接干擾。但由于卸車機系統(tǒng)的本身工況決定了它還存在其他的途徑干擾，由于拖動電機和車體的控制信號都是通過滑纜，動力回路和控制回路不可能分開布置，又因變頻器功率很大、干擾信號強，在設(shè)備投入運行后偶爾出現(xiàn)變頻器對PLC輸入模塊輸入信號的干擾問題，這樣就存在很大的安全隱患。通過現(xiàn)場的實際檢測，為不影響設(shè)備運行的情況，不做很大的硬件接線的改動，研究人員在PLC輸入模塊的輸入點上并上合適的電容，將變頻器高次諧波濾掉，消除了干擾。另外，為了獲取螺旋卸車機每臺電機軸的精確速度，保證它們的出力均勻，研究人員在每臺ACS800變頻器上增加脈沖編碼器接口模塊RTAC-01，為每臺變頻電機配置了光電編碼器RVI58N-011K1R61N-1024（倍加福產(chǎn)品）與之連接。如此，整個螺旋卸車機實現(xiàn)了閉環(huán)控制，使系統(tǒng)運行更平穩(wěn)、更可靠。

6 結(jié)語

襄樊螺旋卸車機整個系統(tǒng)采用了PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)控制。PLC通過PROFIBUS-DP對變頻傳動進行控制，使整個系統(tǒng)操作簡單，運行可靠。將變頻驅(qū)動裝置的可靠性與PROFIBUS的開放性、低成本等優(yōu)點相結(jié)合，隨著工業(yè)自動化控制中的網(wǎng)絡(luò)化普及，有巨大的潛力。

參考文獻

[1] 鄔寬明.現(xiàn)場總線技術(shù)應(yīng)用選編[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2005.

[2] PROFIBUS-DP適配器模塊RPBA-01用戶手冊[Z].