西门子PLC和ACS5000变频器在主排风机中的应用

陆彬 许君锋

摘 要：介绍基于西门子S7-400PLC和ABB公司ACS5000的中压变频控制系统在江阴兴澄特钢矿渣微粉主排风机的应用。针对通讯网络配置，变频器配置和STEP7系统配置与程序编写进行说明，重点介绍ACS5000中压变频器在DP通讯中参数定义和在编程中对数据的正确处理，通过不断地完善与改进，完全满足安全运行和生产要求。

关键词：ACS5000 PLC 主排风机

中图分类号：TM571 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2016）04（a）-0070-02

江阴兴澄特钢为响应我国节能减排政策，发展循环经济，充分利用高炉水渣来减少环境污染，于2011年11月正式建成投产年产100万t矿渣微粉生产线。立磨主机采用中信重工的LGSM5725型立磨，主排风机作为与磨机配合的最重要设备，对磨机的运行起到至关重要的作用。主排风机风量的平衡直接影响微粉产品，风量过大可能导致成品比表面积质量降低，风量过小又可能导致产量过低经济效益下降。主排风机电控系统选用西门子的S7-400 PLC和ABB公司的ACS5000中压变频器，两者采用Profibus-DP过程现场总线进行通讯，Profibus-DP不依赖于生产厂家的、开放式的现场总线，各种各样的自动化设备均可通过同样的接口协议进行信息的交换。

1 系统配置

矿渣微粉生产线是具备较高的数据集成和远程诊断、故障报警及数字化要求的系统，中控室共有3台工控机，其中1台ES站安装了STEP7编程组态软件WINCC V7.0 RC版监控操作组态软件以及相对应的必需的授权许可证（License Keys）。对工程项目文件进行新建、编辑、修改，项目程序的下载、上载以及生产设备的监控、操作，生产数据的实时采集、存储、报警、打印等功能。两台OS站实现操作人员对生产设备进行监控、操作和报警信息提示。S7-400PLC系统通过CP443-1通讯模块和SCALANCE-X交换机与WINCC软件建立工业以太网通讯进行监视并统一管理，CPU412-2DP与ACS5000的现场总线适配器模块NPBA-12组成DP通讯网络进行数据传输。

2 变频器配置

ACS5000中压变频器的主要参数持续输出功率3 000 kVA，持续输出电流290 A，输出电压范围0～6 kV，完全满足主排风机电机YPKS710-6，电压等级6 kV，功率2 240 kW的控制要求。ACS5000中压变频器具有以下无可比拟的优势：（1）应用36脉冲二极管整流器消除了网络谐波，电网友好性大大提升，因此无需昂贵的网侧滤波器。（2）高可靠性IGCT 应用模块化技术，大大降低零散元器件数量。（3）电机的友好性多电平的输出波形，使谐波含量最优化，因此电机没有更高的绝缘和尺寸要求。（4）变频器使用直接转矩控制，从零速到满转速，提供快速、精确无级的控制。在整个电动机速度范围内输出满转矩及最佳的速度控制精度，在无需安装脉冲编码器时达到额定转速的0.1%，达到立磨生产中对风量的高精度控制。相比其他矿渣立磨厂家单纯依靠调节阀门开度控制风量，节省用电量具有较强的节能能力。

作为DP从站ACS5000变频器需要进行正确参数设置。（1）1组01EXT1，03EXT1 ON REQUEST，12组03 Ext Ref1 Select，16组11 RemoteFltResetSel全部定义为COMM.CH0通道进行通讯。（2）51组FIELDBUS ADAPTER，51组01适配器自动生成，51组02通讯协议定义为DP，51组03PPO类型定义为PPO4与PLC上组态的PPO类型一致，51组04站号定义为9，51组05 NO.OF DATA SETS为4，定义4个状态字，51组06 DATA SET INDEX 定义为FBA DSET 1，51组08 COMM PROFILE为ABB DRIVES[1]。（3）PLC主站对变频器从站输入区的数据直接设定参数地址映射，分别是用于ABB传动通信协议的状态字SW（91.01对应定义为801主状态字；变频器的实际值ACT1（91.02对应定义为108转速）；实际值ACT2（91.03对应定义为118转定子电压）；实际值ACT3（91.04对应定义为119电流）。（4）PLC主站对变频器从站的输出区的数据也直接设定参数地址映射：分别是用于ABB传动通信协议的控制字CW（92.01对应定义为706控制字；变频器的设定值1（92.02对应定义为303转速）；设定值2（92.03对应定义为304转矩）。

3 STEP7系统配置与程序编写

PLC硬件共电源模块PS407，CPU模块412-2DP，通讯模块CP443-1三个模块。组态RPBA—12时选择的通讯报文格式PPO4∶0 PKW/6 PZD也就是0个字的参数数据和6个字的过程数据，输入输出地址512...523，调用SFC14/15块中LADDR管脚对应为为W#16#200[2]。在程序中建立各有12个字节的输入和输出的数据块DBl2来存储PZD过程数据，同时建立变量表，用于监控实时通讯效果，STEP7系统程序编写见图1。

此外在PLC自动化系统中进行编程要注意主断路器合分闸命令通过变频器输出，高压柜合闸后，变频柜充电20 s后才允许启动。正常运行时与电动机定子温度，轴承温度，风机轴承座温度及振动连锁，发生异常报警或故障停机。变频器转速设定范围为0～1 000 RPM，根据现场总线给定值的比例换算处理，其对应关系为十进制0～20 000的线性关系，给定转速=画面输入转速×20 000/1 000。

4 结语

主排风机控制系统西门子PLC与ABB变频器采用了Profibus-DP现场总线控制模式后，使不同厂商品牌的现场设备达到最佳的系统集成。不但整个系统结构简单操作简便，可靠性强易于维护，而且可以根据工艺要求对需要监控的参数进行灵活修改。

参考文献

[1]吴燕翔，成萍，戚祺君.西门子PLC与ABB变频器之间通讯的实现[J].煤矿机械，2008（4）：172-174.

[2]张如俊，殷斌.基于DP总线的西门子PLC与ABB变频器在锻压设备中的应用[J].锻压装备与制造技术，2014（5）：56-58.