基于PRFIBUS-DP的变频调速控制系统研究

过庆红（浙江浙能兰溪发电有限责任公司，浙江金华　321000）

基于PRFIBUS-DP的变频调速控制系统研究

过庆红
（浙江浙能兰溪发电有限责任公司，浙江金华321000）

本文介绍了PROFIBUS-DP现场总线在变频调速系统中的应用，探讨了施耐德昆腾140系列PLC和ACS800变频器之间的软件设置和数据通讯，列出了在CONCEPT软件中的硬件组态过程及变频器中的通讯参数设置，比较完整地描述了在CONCPT软件环境下施耐德昆腾140系列PLC通过PROFIBUS-DP总线控制ABBACS800变频器的互连通讯方法。

昆腾140系列PLCACS800变频器重车调车机Profibus-DP现场总线

浙江浙能兰溪发电有限责任公司使用的是折返式双车C型翻车机，能适应C60、C61、C62、C64等常用车型及即将投入运营的新车型。重车调车机是翻车机系统中重要组成部分，承担着将重车牵引至翻车本体及推送空车至空车线的职责，可承受编组最大重达4080吨负载列车，起动时需要巨大的启动转矩，在运行时要求平稳性好、冲击小，定位准确快速，对传动系统的启动和制动快速性都有较高的要求。

1　电气系统概述

电气控制系统由工程师站、操作员站、PLC、变频器、电机及测速编码器组成。工程师站采用Concept编程软件，通过Ethernet方式连接到PLC；操作员站人机界面采用Intouch软件，通过MBE网络协议与PLC 进行通讯；PLC采用施耐德昆腾140系列PLC，对整个翻车机系统进行逻辑控制，在重车调车机方面通过PROFIBUS-DP 总线与其6台变频器进行通信，读取变频器中各电机的速度，经过计算后向变频器发送指令，设置各电机的速度，从而实现电机的协调运转，保证整个系统的顺利运行；变频器采用ABB ACS800系列变频器；驱动电机采用90KW国产电机；测速编码器采用德国倍加福增量型编码器。

2　基于Profibus协议的通讯实现

2.1总线通讯协议说明

根据 PROFIBUS-DP 协议的规定，数据的交换按照主从模式的原则来进行，只有主站才能对总线通讯做初始化工作，从站应答主站发送过来的请求信号。同一根总线上可以有多个主站，它们都可以读取从站的I/O 信号，但只有一个主站可以对从站实施写操作。在PROFIBUS-DP 总线协议中数据交换的帧格式一般称为PPO（Parameter-Process Data-Object），PPO 包括参数识别（PKW）和过程数据（PZD） 两部分。PKW用来读写非周期性数据，包括参数设定、配置和诊断；PZD用来读写周期性的数据。在PROFIBUS-DP 总线协议中，大致有五类PPO，其参数识别（PKW） 和过程数据（PZD）的所要求的字数都不一样。ACS800五个类型所要求的字数如图1所示。

在翻车机控制系统中，使用PPO第2类型，帧总长28 个字节，其中最后8个字节没有使用到。

（1）参数识别部分：ID是参数识别，IND是数组索引号，VALUE是参数值（最大4个字节）

（2）过程数据部分：包括固定区和自由分配区两部分，固定区包括下行的控制字和上行的状态字，控制字包括CW和REF，状态字包括SW和ACT。自由分配区PZD3～PZD6是可以自定义的部分。在ACS800变频器的参数定义中，REF是速度给定值，包含1个符号位和15个整数位，负给定值以二进制的补码形式表示反向旋转；ACT包含传动单元操作方面的信息，由传动参数来定义监视功能；状态字SW表征变频器的状态信息；控制字CW的定义如图2所示。

2.2PLC与ACS800变频器的PROFIBUS-DP模块选择

在昆腾140系列PLC中，CRP811模块支持PROFIBUS-DP总线协议，在硬件组态时需要配置通讯变频器地址，通讯数据模式，通讯波特率等参数。ACS800系列变频器支持PROFIBUS-DP有两种适配器型号：RPBA-01和NPBA-12，两者与变频器的接口不同，按照设备简化选择的要求采用插口式的RPBA-01适配器， RPBA-01模块主要由电路板、总线终端器、节点选择开关、PROFIBUS连接器组成。

2.3SYCON软件环境下配置

施耐德的昆腾140系列PLC和ACS800变频器不属于同一个公司的产品，在使用编程软件CONCEPT硬件组态的时候，不能直接识别ABB变频器，可以通过安装GSD 文件的方法来使CONCEPT支持ABB公司的变频器。

SYCON软件是一个AS-Interface、CANopen、 DeviceNet、InterBus、 PROFIBUS等系统的配置工具。将ACS800变频器的GSD文件导入到SYCON软件中，然后添加所使用的PROFIBUS 设备。在翻车机系统中，主要设备包括以下两种：

（1）PROFIBUS MASTER：昆腾系列PROFIBUS通讯模板，型号为CRP81100，1个；

（2）PROFIBUS SLAVE： ACS800变频器通讯模块，RPBA-01，重车调车机使用了6个；

表1

表2

图3　通讯地址设置

在SYCONV2.8中组态完所需设备并进行参数配置后，保存为Drivers.cnf。当Concept软件中配置IO设备时，就可以直接导入这个文件，建立PLC和变频器之间的通讯。

2.4Concept软件环境下的配置

在Concept软件Select Extensions对话框中设定所使用的总线控制器（CRP81100）的数目，模块会在I/O Module Selection列表框中出现，将Drivers.cnf文件导入，步骤如下：

（1）在PLC Configuration窗口中打开I/O Map 映像对话框，选择分站并使用“Edit…”命令按钮打开Edit Drop 对话框；

（2）双击Module 栏中的浏览按钮，I/O Module Selection（I/ O模块选择）对话框打开；在Specials栏中，选择CRP81100模块并按下OK命令按钮，输入到I/O映像中。

（3）在Edit Drop对话框中，选择映射总线控制器 （CRP81100）所在行并按下Parameters命令按钮， 打开Edit CRP81100 （Profibus DP）对话框，点击“Import…”按钮打开Select Import File窗口，指定CNF文件的路径并按下确定命令按钮，将Profibus DP配置导入到Concept I/O映像中。导入文件后，可以从Slave Configuration窗口中看到ACS800的GSD定义了PPO类型为2，其IN/OUT的字节数为4/6个字节。

（4）在PROFIBUS-DP节点被导入到Concept中以后，所有模块的地址范围和诊断数据必须按照按照字节数量大小进行编辑。

2.5ACS800变频器的设置

变频器与PLC采用PROFIBUS-DP现场总线连成网络后，除在PLC自动化系统中进行编程外，在每个变频器上也要进行适当的参数设置，主要涉及功能参数98组和51组，详细设置如表1：

从以上的设置可以看出，PLC和ACS800之间的数据结构如表2：

3　数据传递及应用

在PLC和变频器之间建立通讯之后，就可以利用状态字（SW）及自定义参数来识别ACS800变频器的运行状况，利用控制字（CW）对变频器发布控制命令和参数。现以#1重车调车机的状态字数据中的第4位（TRIPPED）的流向来说明ACS800变频器状态字的反馈到PLC逻辑中直到可以使用的数据过程。

从ACS800《RPBA-01 PROFIBUS-DP 适配器用户手册》状态字说明中可知，状态字（SW）是一个16位字，包含了反应变频器主要状态的重要信息，其中第4位（TRIPPED）反应变频器是否跳闸。

（1）TRIPPED信号包含在状态字（SW）中，位于数据集2中的第1个字。在Concept软件I/O map中CRP81100通讯模块中定义了6个字的地址，分别是300105～300110。从图3中可以看到PPO数据的前4个字（参数识别部分）被定义成了300101～300104。可见TRIPPED信号已经被包含在300105中。

（2）用C O N C E P T的变量编辑器将3 0 0 1 0 5定义成了“ID1_STATUS_WORD”，但它是一个“word”类型的数据，要经过转换才能提取TRIPPED信号，使用Concept功能块WORD TO BIT转换成开关量信号（bit0～bit15），TRIPPED信号在第四位，因此将转换后的bit3位进行变量命名即可使用。

4　结语

采用基于PRFIBUS-DP通讯协议实现昆腾140系列PLC对ABB公司ACS800系列变频器控制的方法，充分发挥了 PLC 和变频器的网络通信功能，成功地把 PLC 和变频器有机地结合起来，实现对交流电机的变频调速，从而大大减少了系统布线和现场可能的各种电磁干扰，有效提高系统的稳定性和可靠性，降低了硬件成本。

［1］ACS800标准应用程序 7.x固件手册.北京 ABB 电气传动系统有限公司，2006-08-22.

［2］PROFIBUS-DP适配器模块RPBA-01用户手册.北京ABB电气传动系统有限公司，2002-6-3.

［3］Concept 2.6用户手册.施耐德电气，2005年2月.

［4］翻车机系统培训资料.浙江浙能兰溪发电有限责任公司燃料部. 2012年11月.