基于PROFIBUS—DP总线的分站式PLC控制变频器在翻车机中的应用

王媛媛 刘艳

【摘要】本文介绍了PROFIBUS-DP总线、PLC分站式控制系统的配置和设置，以及利用PROFIBUS-DP总线控制变频器在双车翻车机的应用过程。

1.概述

双车翻车机是我厂近年来根据用户要求，推出的新产品，可以大幅度提高卸煤效率，已受到很多用户的青睐。设备控制系统的可靠性、先进性直接影响用户的生产效率和经济效益。为了提高设备的稳定性，防止由于移动式电缆在设备移动过程中频繁拉伸和弯曲而易折断，近年来我厂运用PROFIBUS-DP总线、PLC分站控制技术，简化了硬件电路、线缆的数量。本文以某钢厂双车翻车机电气控制系统设计、调试为例，详细描述了PROFIBUS-DP总线、PLC分站式变频器控制系统、变频器主从控制等先进技术在双车翻车机中的应用。

2.分站式PLC控制系统的组成

PLC采用S7-300，变频器采用ABB公司的ACS800-04系列产品，根据现场设备的布置，整个翻车机控制网络包括11个变频器分站、4个光电编码器分站及若干个I/O分站。由于翻车机系统的自身特点，重调机、迁车台及空调机的主电机均在移动车体上，采取移动挂缆供电方式，为了网络的安全可靠及降低成本，重调机、迁车台及空调机的光电编码器分站都必须是终端设备，即光电编码器上都只有走IN口的PROFIBUS-DP总线，没有走OUT口的DP总线。而且考虑到双车翻车机现场各设备间距离较远，现场总线距离较长，必须配置SIEMENS PROFIBUS RS485中继器6ES7972-0AA01-0XA0，用来放大总线上的数据信号。

考虑现场设备布置及结合I、O信号就近进入PLC的原则，最终设计整个控制系统如图所示。在整个控制系统中，共包含24个站点，其中，主站位于翻车机二楼集控室内，其余23个分站分别位于一楼配电室及翻车机现场。

图1 翻车机系统DP总线图

3.PROFIBUS-DP网络变频器的硬件及软件组态

仅以空车调车机的控制网络构成为例进行说明。空车调车机有3台变频电机，PLC作为自动化系统的主站，变频器为从站，3台变频器均挂在PROFIBUS网络中。3台变频器之间采用主从结构，主变频器由PLC控制，其余2台变频器与主变频器通信，跟随动作。工作时，PLC主站传送指令给从站，接受变频器反馈的运行状态及报警状态信号。其主要通讯是通过RPBA-01与PROFIBUS-DP适配器模块传送。传输的主要内容为过程数据，过程数据包括以下几个：CW–控制字（从主机到从机）;SW–状态字（从机到主机）;REF–给定值（主机到从机）;ACT–实际值（从机到主机）;PZD–过程数据（由用户指定）（从主机到从机的输出，从从机到主机的输入）;DS–数据集;DW–数据字。在过程数据（PZD）中，控制字CW是现场总线系统控制传动单元的基本手段。它由现场总线主机站发送给传动单元。适配器模块充当一个网关的作用。传动单元根据控制字的位编码指示作出反应，并且通过状态字（SW）将状态信息反馈给主机。给定值（REF）是一个16位字，包含1个符号位和15个整数位。负给定值（表示反向旋转）以二进制的补码形式表示。实际值是一个16位字，它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。在实际应用中，可以将速度、斜坡时间等值放在PZD中。

软件组态按以下方式进行：主机架选用标准SIMATIC 300的RACK300机架，在该机架的1号槽为PS307，10A的电源，2号槽为带PROFIBUS网络接口的CPU315-2 DP，可方便地与PROFIBUS-DP网络连接，其它各槽为数字量的输入输出板和模拟量的输入输出板。为了组态ABB变频器及倍加福编码器，需要分别安装变频器及编码器的相应GSD文件。系统的编程由STEP7软件实现，PLC通过CP343-1以太网模块与PC机连接，实现PC机在线编程、监控和调试PLC中的数据、程序及运行状况等。

4.变频器的PROFIBUS-DP的实现

4.1 变频器的PROFIBUS-DP通讯启动及参数设定

表1 用于通讯的变频器参数

空调机

参数 主机设置 从机设置

PROFIBUS-DP总线参数设置

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和现场总线适配器模块RPB-01之间的通讯可以通过设置参数98.02：FIELDBUS来激活。在实现通讯之后，必须检查传动单元的控制参数，必要时作出相应调整，如表1所示。

4.2 ROFIBUS-DP总线控制变频器的程序设计

在硬件组态中，可查出所有变频器的I、O地址，见表2所示。以下部分仅以空车调车机为例详述。

表2 变频器地址

从中可看出，空调机主变频器控制字CW对应的字节为296、297;给定值REF对应的字节为298、299;状态字SW对应的字节为312、313。从变频器状态字SW对应的字节为300、301和288、289。控制字、状态字各位的定义详见ABB Drives 通讯协议的控制字及ABB Dri通迅协议的状态字。从控制字的定义我们可以查出：

“运行”转为二进制为：0000 0100 0111 1111;转为16进制为47F。

“停止”转为二进制为：0000 0100 0111 1110;转为16进制为47E。

“复位”转为二进制为：0000 0100 1111 1110;转为16进制为4FE。

这样相应的程序就可以采用MOVE指令，将空调机启动命令、空调机停止命令、空调机故障复位命令移入主变频器控制字PWQ296中;对于Q298（主机的REF给定），在使用ABB Drives通讯协议时，现场总线给定值REF1和REF2需要进行比例换算，具体为：-20000=-[参数11.05]，-1=-[参数11.04]，0=[参数11.04]，20000=[参数11.05]。例如，设定参数11.04=0Hz，参数11.05=100Hz，那么当REF给定为-10000时，表示电机以50Hz的速度反转。

5.结束语

双车翻车机整个系统采用了PROFIBUS網络控制。PLC通过PROFIBUS-DP 控制变频传动，使整个系统运行可靠，操作简单。随着网络化在工业自动化控制中的普及，将PROFIBUS的开放性、低成本等优点与变频驱动装置的可靠性相结合，具有广泛的应用前景。