ProfibusDP在ABB傳動控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

1、Profibus-DP在ABB傳動控制系統(tǒng)中的應(yīng)用孟彥京，崔文（陜西科技大學(xué) 電氣與信息工程學(xué)院，西安 710021）摘要：本文主要介紹了ABB AC500系列PLC通過Profibus-DP現(xiàn)場總線通訊協(xié)議與ACS850系列變頻器進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，控制變頻器的啟動、停止，改變變頻器輸出頻率。主要討論了Profibus-DP總線的特點(diǎn)及其在變頻傳動控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，AC500 系列PLC的特點(diǎn)及其在CoDeSys編程環(huán)境中通訊程序的編寫，ACS850系列變頻器的參數(shù)設(shè)置等關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)。ABB傳動控制系統(tǒng)運(yùn)行可靠、穩(wěn)定，操作簡單，具有較強(qiáng)的指導(dǎo)性和通用性，具有一定的實(shí)際意義。關(guān)鍵詞：Profibus

2、-DP現(xiàn)場總線；變頻器；傳動控制；可編程序控制器The application of Profibus-DP in the ABB drive control systemMENG Yan-jing，CUI Wen（School of Electrical and Information Engineering，Shaanxi University of Science & Technology，Xian 710021，China）Abstract: This paper mainly introduced the ABB AC500 series PLC for data commu

3、nication with ACS850 series inverter through the Profibus-DP field bus communication protocol, controls the start, stop and change the inverter output frequency. Mainly discussed the Profibus-DP field bus characteristics and its application in the Drive Control System,the characteristics of AC500 se

4、ries PLC and the communication program in CoDeSys programming environment, ACS850 series inverter parameter settings and other key technology areas. ABB drive control system is reliable, stable, easy to operate, with strong guidance and versatility, has a certain practical significance.Key words: Pr

5、ofibus-DP Field Bus;Inverter;Drive control;Programmable Logic Controller（PLC）0 前言PROFIBUS（Process Fieldbus的縮寫）是由Siemens等公司組織開發(fā)的一種國際化的、開放的、不依賴于設(shè)備生產(chǎn)商的現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)。先后成為德國很熱歐洲的現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)（DIN19245和EN50170），并于2000年成為IEC61158國際現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)之一，2001年成為我國的機(jī)械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JB/T10308.3-20011。PROFIBUS已經(jīng)廣泛應(yīng)用與加工制造業(yè)、過程和樓宇自動化，應(yīng)用范圍非常廣泛。PROFIBUS

6、以其先進(jìn)的技術(shù)和非凡的可靠性代表了當(dāng)今現(xiàn)場總線的發(fā)展方向。PROFIBUS根據(jù)應(yīng)用特點(diǎn)分為PROFIBUS-DP，PROFIBUS-PA，PROFIBUS-FMS三個版本，分別用于不同場合。PROFIBUS-DP：經(jīng)過優(yōu)化的高速、廉價的通訊連接，專為設(shè)備級分散I/O之間通訊設(shè)計(jì)，使用PROFIBUS-DP模塊可取代價格昂貴的數(shù)字或模擬信號線，用于分布式控制系統(tǒng)的高速數(shù)據(jù)傳輸。PROFIBUS-PA：專為過程自動化設(shè)計(jì)，標(biāo)準(zhǔn)的本質(zhì)安全的通訊服務(wù)，實(shí)現(xiàn)了IEC1158-2規(guī)定的通訊規(guī)程，用于對安全性要求高的場合及由總線供電的站點(diǎn)。PROFIBUS-FMS：解決車間級通用性通訊任務(wù)，提供大量的通訊服

7、務(wù)，完成中等傳輸速度的循環(huán)和非循環(huán)通訊任務(wù)2。1 控制系統(tǒng)組成1.1 系統(tǒng)硬件配置系統(tǒng)采用ABB公司的AC500系列PLC為控制系統(tǒng)核心，AC500 PLC與ABB公司的ACS850變頻器通過Profibus-DP現(xiàn)場總線進(jìn)行通訊，AC500 PLC左側(cè)通訊底板上需要添加Profibus-DP通訊模塊CM572-DP。變頻器輸出端連接一臺三相異步電動機(jī)。如下圖1所示。圖1 傳動系統(tǒng)硬件組成1.2 ABB AC500系列PLC概述AC500 PLC系統(tǒng)由CPU模塊、I/O模塊、通訊模塊和相應(yīng)的底板模塊組成。整個系統(tǒng)采用了在底板上插入組合模塊的結(jié)構(gòu)，用戶可以快速、方便的對系統(tǒng)硬件的組態(tài)進(jìn)行擴(kuò)展、升

8、級、更新和維護(hù)3。AC500 PLC的CPU模塊可以插在同一塊的CPU底板上，CPU底板上集成了通訊接口和供電電源部分。本系統(tǒng)CPU是PM583-ETH，每個CPU由6部分組成：LCD顯示屏、狀態(tài)顯示LED、診斷功能按鍵、SD卡插槽、電池槽和標(biāo)簽條。CPU底板配置有RJ45以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)接口，計(jì)算機(jī)通過普通的以太網(wǎng)線就可以與PLC實(shí)時通訊，進(jìn)行程序的下載和在線監(jiān)控CPU運(yùn)行狀態(tài)、修改變量值。CPU底板型號為TB541-ETH，可以連接4個通訊模塊，通訊模塊安裝在CPU模塊的左邊，CPU與通訊模塊之間的通訊通過集成在CPU底板上的通訊模塊總線進(jìn)行，當(dāng)安裝通訊模塊時，自動建立電氣連接。AC500 PL

9、C的CPU模塊如下圖2所示。圖2 AC500 CPU模塊1.3 系統(tǒng)硬件組態(tài)本系統(tǒng)使用的Profibus-DP主站通訊模塊型號為CM572-DP，AC500 PLC的硬件組態(tài)在軟件PS501 Control Builder Plus （V2.2.0）中進(jìn)行，實(shí)際的硬件組態(tài)如下圖3所示。ACS850變頻器則要安裝Profibus-DP從站通訊模塊FPBA-01。FPBA-01 Profibus-DP適配器模塊是ABB傳動單元的一個可選設(shè)備，插在ABB ACS850變頻器的插槽3內(nèi)，它可以將傳動單元連接到一個Profibus-DP網(wǎng)絡(luò)。在Profibus-DP網(wǎng)絡(luò)上，傳動單元被當(dāng)成從屬設(shè)備?，F(xiàn)場總

10、線通訊模塊FPBA-01要安裝在變頻器SLOT3中，DP線兩端連接到FPBA-01模塊和CM572通訊模塊的串口后將終端電阻打到“ON”的位置。圖3 系統(tǒng)硬件組態(tài)其中，ABB_Drives_FPBA_01_DP_v0的PPO4的類型與變頻器5104組參數(shù)設(shè)定要一致；主站地址為0，從站地址為3，波特率為9.6Kbit/s；DP-Module I/O映射（雙擊PPO_04）通道Input0的地址%IW1.0、%IW1.1分別為變頻器的控制字和設(shè)定速度值，通道Output0的地址%QW1.0、%QW1.1分別為變頻器的狀態(tài)字和實(shí)際速度值，如圖4所示。圖4 DP-Module I/O映射配置 在DP-

11、Module I/O映射之后的變量會成為全局變量。在CoDeSys編程界面，點(diǎn)擊“資源”-“全局變量”，即可看到定義的所有全局變量，如下圖5所示。圖5 全局變量定義2 PLC通訊程序編寫AC500系列PLC的控制程序在編程軟件為CoDeSys。CoDeSys是AC500 PLC基于windows平臺的編程工具，支持指令表（IL）、機(jī)構(gòu)化文本（ST）、功能圖（FBD）、梯形圖（LD）、順序功能圖（SFC）、連續(xù)功能圖（CFC）等六種編程語言，完全符合IEC61131-34。指令豐富，支持多種數(shù)據(jù)類型，具有軟件仿真、在線調(diào)試及程序檢查等功能，這里使用結(jié)構(gòu)化文本（ST）語言進(jìn)行編程。實(shí)際的變量聲明與

12、程序如下圖6所示。PLC通過Profibus-DP通訊模塊可以直接讀取變頻器的狀態(tài)字并為變頻器寫入控制字，通訊程序簡單易懂。圖6 通訊程序3 ACS850變頻器及其參數(shù)設(shè)置3.1 ACS850變頻器概述 ACS850變頻器是ABB工業(yè)傳動為了滿足機(jī)械制造商、系統(tǒng)集成商、控制板制造商和各種行業(yè)的最終用戶的生產(chǎn)和性能需要設(shè)計(jì)的，特別適用于起重機(jī)、擠壓機(jī)、絞車、輸送機(jī)、卷曲機(jī)、泵、風(fēng)機(jī)和工業(yè)混合應(yīng)用。ACS850的特點(diǎn)有：模塊化緊湊型設(shè)計(jì)，尺寸小、兼容異步電機(jī)和永磁同步電機(jī)、不同的通訊可選件、一體化的安全力矩中斷功能、變頻器與變頻器接連，D2D通訊方式，等5。3.2 ACS850變頻器參數(shù)設(shè)置ACS

13、850變頻器與PLC通過Profibus-DP現(xiàn)場總線連接成網(wǎng)絡(luò)后，除在CBP軟件中進(jìn)行硬件組態(tài)、在CoDeSys軟件中編寫控制程序之外，變頻器上也要進(jìn)行適當(dāng)?shù)膮?shù)設(shè)置。除了常用的參數(shù)外，基本的通訊參數(shù)設(shè)置如表1所示。其中99組參數(shù)為啟動參數(shù)，需要按照異步電機(jī)的額定參數(shù)設(shè)置即可，Profibus-DP通訊需要設(shè)置的參數(shù)組為50組現(xiàn)場總線、51組總線適配器設(shè)置、52組總裁輸入?yún)?shù)、53組總線輸出參數(shù)等。表1 ACS850變頻器參數(shù)參數(shù)代碼設(shè)定值含義50組：現(xiàn)場總線5001使能激活現(xiàn)場總線5004速度總線給定1模式5015P.02.22當(dāng)前控制字為總線主控制字51組：總線適配器設(shè)置5101Prof

14、ibus-DP總線適配器型號（只讀）5102與PLC硬件組態(tài)的地址一致從站節(jié)點(diǎn)號（3）5103與PLC硬件組態(tài)的地址一致波特率（9:9.6Kbit/s）5104與PLC硬件組態(tài)的地址一致PPO類型（4）51051（20000對應(yīng)轉(zhuǎn)速最大值）ABB DRIVES5127刷新刷新生效52組：總線輸入?yún)?shù)52014狀態(tài)字 （16位）52025實(shí)際值 ACT1 （16位）53組：總線輸出參數(shù)53011控制字（16位）53022給定REF1（16位）控制命令源選擇1001現(xiàn)場總線（FBA）外部1啟動功能1004現(xiàn)場總線（FBA）外部2啟動功能2101FBA給定1速度給定1選擇2401FBA給定1轉(zhuǎn)矩給定

15、1選擇參數(shù)保存1607保存參數(shù)存儲4 結(jié)果分析在CoDeSys軟件中的工具欄中點(diǎn)擊“聯(lián)機(jī)”-“通訊參數(shù)”，設(shè)置好PLC的通訊參數(shù)，然后點(diǎn)擊“聯(lián)機(jī)”-“登錄”將編寫好的程序下載到AC500 PLC的CPU中，將CPU打到“運(yùn)行”狀態(tài)，連接好PLC與ACS850變頻器通訊電纜之后，PLC與變頻器即可進(jìn)行實(shí)時的Profibus-DP通訊?？稍凇斑\(yùn)行”界面中為變頻器寫入“起動”、“停止”命令和“速度”值，并且可以監(jiān)視電機(jī)實(shí)際的反饋值?！癈trWord”表示16位的控制字，通常使用的控制字有：16#47E，表示變頻器準(zhǔn)備合閘；16#47F，表示變頻器開始運(yùn)行?！癝pdSet”表示PLC為變頻器寫入的速度

16、值，即可以通過給“SpdSet”寫入值的方式直接改變變頻器的速度。在監(jiān)控狀態(tài)下給定值±20000（十進(jìn)制）對應(yīng)正反兩個方向的電機(jī)最大轉(zhuǎn)速1500RPM（由參數(shù)1901設(shè)定）?！癝tuWord”表示從變頻器反饋的狀態(tài)字，在PLC聯(lián)機(jī)-登陸的狀態(tài)下可以直接監(jiān)控該值，判斷變頻器實(shí)際的工作狀態(tài)?！癆ctSpd”表示變頻器實(shí)際的速度值，在PLC聯(lián)機(jī)-登陸的狀態(tài)下可以直接監(jiān)控該值，判斷變頻器實(shí)際的運(yùn)行速度。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)的測試，PLC與變頻器通訊正常，所編寫的程序簡單、容易掌握，所需的工作量小。經(jīng)驗(yàn)證本方法方便并且有效。5 結(jié)束語PLC和變頻器控制系統(tǒng)采用了Profibus-DP現(xiàn)場總線控制形式以后，

17、不但整個系統(tǒng)接線變簡單，而且系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，通訊速度快，操作簡單，反饋的信息全面，可以實(shí)時掌握變頻器的各種狀態(tài)信息。本系統(tǒng)還可以用于ABB AC500 PLC和ACS850變頻器的通訊測試實(shí)驗(yàn)，不需要任何附加的設(shè)備即可對ABB PLC和變頻器的通訊功能進(jìn)行測試，節(jié)省了成本和工作量。具有一定的實(shí)際意義，可用于實(shí)際工程中。參考文獻(xiàn)1 李正軍.現(xiàn)場總線與工業(yè)以太網(wǎng)及其應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)M.北京：人民郵電出版社，2006:66-70.2 孟彥京.造紙機(jī)變頻傳動原理與設(shè)計(jì)M.陜西：陜西人民出版社，2002:248-252.3 Matthias Seitz.可編程序控制器應(yīng)用教程M.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009:32