ABB ACS800变频器在中铝山东分公司种分玛瑙生产线DCS总线控制系统中的应用

王治刚，张海峰

（1.太原理工大学电气与动力工程学院，山西太原 030024；2.山东齐韵有色冶金工程设计院有限公司，山东淄博255000）

ABB ACS800变频器在中铝山东分公司种分玛瑙生产线DCS总线控制系统中的应用

王治刚1，2，张海峰1

（1.太原理工大学电气与动力工程学院，山西太原 030024；2.山东齐韵有色冶金工程设计院有限公司，山东淄博255000）

文章是中铝山东分公司种分玛瑙生产线自控系统下的一个子项目，主要论述ABB ACS800变频器在其生产线基于Profibus-DP过程现场总线控制系统中的具体应用，并在集中监控层应用HOLLYSYS公司的人机界面软件SmartPro进行组态，从而实现对变频器的远程监控。

Profibus-DP；MACS3；ABB ACS800变频器

传统的分布式控制系统（DCS）采用电缆和控制柜相连接的集中控制方式，接线和布线变得相当复杂和繁琐。变频器带有控制线和动力线，多用于大型生产线中，如果进行大规模的改造，那么重新布线会产生很大的工程量从而消耗较多的费用。ABB Profibus-DP（Decentralized Periphery）总线控制系统省去了大量的柜间连线，具有结构灵活、安装简便和设计方便等优点，减少了安装的费用。而且编程和组态软件能够实现在线故障诊断，在调试和维护设备时更方便。

1 现场总线概述

随着计算机技术、控制技术和网络技术的快速发展，近些年来，测控、通信和计算机控制相结合已经成为新的发展方向。基于现场总线技术的控制系统（FCS）将逐步取代传统的分布式控制系统成为新一代的工业控制系统，这是技术发展的必然要求。现场总线（Field Bus）技术将专门芯片加到检测控制设备中，使其有数字通讯和计算的功能，采用屏蔽双绞线作为通讯介质，把多个检测控制设备用总线模式形成网络，依照规定好的通信协议，完成现场仪表和多个检测设备以及远程计算机之间的数据收发和信息交流，进而产生满足各种生产需要的自动化控制系统[1]。

Profibus是1987年，德国工业技术开发部提出了一种现场总线作为国家标准，以便满足以下目标：双向交换数据信息、自诊断参数等，使得数字化更精确；减少I/O和A/D实际点数以降低成本，方便操控。Profibus不同于 HART（Highway Addressable Remote Transducer），它以常用的RS-485通信模式作物理层，用便宜的双绞线就可实现令牌模式的通信。

2 案例厂家的自控方案

厂家所采用的生产线工艺流程比较复杂，控制设备分布在三层厂房内，位置相对分散而且数量多，采用传统的控制系统需要铺设大量的电缆，设计、施工、调试和后期的维护都比较麻烦。经过综合考虑采用管控一体化的自控系统，系统由设备控制层、集中监控层和生产管理层三部分构成：（1）设备控制层，主要是来控制底层设备，由 ABB的Profibus-DP网组成；（2）集中监控层，由主站的HOLLYSYSDCS控制系统，可以通过插槽上的模块监控和控制生产设备；（3）生产管理层，通过Ethernet网络将生产管理层和集中监控系统连接起来，监控机工作站、数据处理机、服务器、打印机以及工程师站均在同一个工业以太网上，与底层的设备控制层共同构成了三级管控一体化控制系统。现场控制系统主站DCS是采用HOLLYSYS公司的MACS3控制系统，其上配置一块FM1021DP模块通过DP双绞电缆与ABB ACS800变频器上的NPBA-01通讯模块进行通信[2]。

图1 DCS系统拓扑图

从以上配置来看采用Profibus-DP总线，不需要昂贵的连接线路，可以降低成本且容易开发。若变频器放置在本地不与总线连接，通过DCS输入输出模块连接会导致连接电缆较多，变频器和控制总线连接会导致I/O点浪费，增加了模块数，设备空间加大了投资。如果使变频器和总线直接通过通讯卡NPBA-01直接连接只需要增加少量投资，可以实现远程控制，包括本地和主控室模式的手自动设置和频率的设置，自动化程度高。

3 DCS硬件的模块安排和控制系统的通讯协议

3.1 DCS硬件的模块安排

图2 控制系统网络配置图

该实现方案以和利时公司的DCS和ABB公司的变频器来实现数字式的交流调速模式的系统。用Profibus-DP网中的通讯协议及控制形式实现。图2（系统网络配备布置图）为该系统的Profibus-DP网的网络配备布置图，其中DCS为和利时公司的MACS3系统，变频器为ABB公司的800类型，NPBA-01模块为与变频器配套的通讯功能块。下位程序软件为MACS3系统中的ConMake软件，用于对MACS3控制程序编写和对Profibus-DP网来编写程序以及通讯配备布置。上位电脑的画面操作界面采用FacView进行画面编写和操作，上位电脑与DCS传递数据采用以太网通讯模式。

3.2 控制系统通讯协议

在本控制系统中，MACS3作为主控制站，变频器为从控制站，主控制站向变频器发出控制命令，同时接收变频器传上来的频率、电流的数值和设备运行的状态信号及设备故障报警的状态。变频器与NPBA-01通讯装置从变频器前面的端子连接端口上安装，接进DCS控制系统中的Profibus-DP总线控制网络中作为从控制站，接受从主控制站MACS3来的控制。NPBA-01通讯装置将从总线控制网中收到的不同数据存进存储区中，控制量中的每一个字都被定义地址，向变频器写入控制字、设置值或读出状态字、电流频率的实际值、其他菜单信息等参量。总线通讯协议的数据构成分为协议头、网络数据和协议层[3]。 网络数据即PPO包括交换数据EZD和变频设备参数指标值EKW。参数指标值EKW是变频设备正常运行时要安排设立的一些参数变量。交换数据EZD是变频设备工作中要写入/写出的某些反馈量、控制值，如控制频率的值、现场速度显示值、现场电流显示值等。Profibus-DP分为两种模式的网络PPO模型：一种是无EKW字，而有2或6个字的EZD；一种是有EKW字，还有2或6个字或10个字的EZD。将网络数据模型这样安排的原因，是为了实现各种的功能，所以EKW和EZD在传递进程中互不干扰，分别独立传输。

4 ConMake系统编写及通讯的程序编写

1）利用ConMake编写软件，利用Hardware Configure功能项设置MACS3硬件组态。

2）选定MACS3为主站，将NPBA-01的GSD（设备数据库）文件导入ConMake的设备库中，软件组态NPBA-01模块添加到以MACS3为主站的DP总线网络上，在其属性设置中选定使用的PPO类型，（如图3，ABB变频通讯硬件导入组态所示）。本工程使用PPO4，设定NPBA-01网络地址，ABB变频设备采用Profibus-DP通信设备（NPBA-01）完成数据传递，主要是主站模型性、规律性是从从站读取输入数据并把输出数据反传给从站，因而可以在DCS主程序中可编写一个固定的控制模块ACS800。各个变频器与 DCS的通讯可以通过调用功能块ACS800来读写这些数据，实现到变频器的控制，见图4。

图3 ABB变频通讯硬件导入组态

图4 主程序功能块

3）在主DCS程序中建立一个数据块，用于变频器的数据交换，见图5。建立一变量表，用于观测实时通讯效果并判断数据的正确与否。

图5 数据通讯程序

5 变频器运行设置

变频器通讯参数设定变频器与 DCS应用Profibus-DP现场总线联通网络后，除在DCS中进行编程外，在每个变频器上都要做相应的参数设置。

5.1 变频器基础参数设定

1）变频器的参数组51.01项是用来设定通讯模块类型的，这一项显示由变频器内部装置探测到的模块型号，其参数值不用设定。如果本参数项没有显示内容，则表示变频器与DCS没有建立通讯。

2）51.02项，本参数项为通讯的协议类型选择，设定“0”为选定Profibus-DP通讯协议。

3）51.03项，参数项选择的PPO通讯的类型给Profibus，变频器上的PPO类型应与DCS上编程的选择的PPO类型一致，“3”为PPO4通讯类型。

4）51.04项，本参数项用于定义通讯装置地址号，即变频器的从站点地址数值，设定地址是按照在DCS程序中设定的，及假如最后一个控制模块为n则变频器中依次为n+1，2，3···n[4]。在Profibus线路上的每一台设备都必须有一个独自的地址，不能重复。

5.2 变频器数据传输参数的设置

包括从站（变频器）到主站（DCS）的连接和主站（DCS）到从站（变频器）的连接。

1）DCS接收的变频器发送的EZD值。EZD1-状态字，如变频器工作情况、不正常报警、错误故障等；EZD2-变频器的工作频率值、现场电流值等。

2）变频器接受的DCS发送的EZD值。EZD1-控制字，如变频器的急停、开启、暂停等控制命令；EZD2-变频器的工作频率给定值。

6 结束语

ABB变频器控制系统采用了Profibus-DP现场总线控制模式后，不但整个系统可靠性强，操作简便，而且可根据工艺需要进行灵活的功能修改。该系统在中铝山东分公司种分玛瑙生产线应用以后，运行效果良好，为今后中国铝业公司的自动化设备提供了一个成功的典范。

[1]缪学勤.现场总线与工业以太网技术最新进展[M].上海：上海工业自动化仪表研究所，2004.

[2]北京：ABB电气传动系统有限公司.ABB变频器手册[S].2006.

[3]徐日良，许建华.PROFIBS现场总线技术在电炉连铸控制中的实现[J].浙江冶金，2012，2（1）：18-20.

[4]李全林.西门子PLC与ABB变频器之间的现场总线通讯技术应用[J].机械管理开发，2011，8（4）：203-205.

〔责任编辑 石白云〕

The Application of ABB ACS800 Transducer in DCSControl System

WANG Zhi-gang1，2，ZHANG Hai-feng1
（1.College of Electrical and Power Engineering，Taiyuan University of Technology，Taiyuan Shanxi，030024；2.Shandong Qiyun Nonferrous Metallurgic Engineering Desing Co.，Ltd，Zibo Shandong，255000）

In this article the author generally introduces the application of ABB ACS800 trnsducer in FCS control system of seed precipitation plant in Shandong branch of Chinese aluminium company，which is an accessory project of plant control system.Configuring drivers with HOLLYSYS SmartPro software in the monitor and control level of control system，the remote monitor and control of transducer is finished.

Profibus-DP；MACS3；ABB ACS800 transducer

TP273

A

1674-0874（2012）04-0062-04

2012-02-06

王治刚（1979-），男，山东聊城人，硕士，工程师，研究方向：电气自动化。