西门子PLC与ABB变频器在软启动器改造系统中的应用

shanxi_adam

摘要  本文介绍了在原有软启动器启动助燃风机的基础上进行自动化改造，在原基础上新增ABB变频器，其通过端子及DP网络通讯两种方式进行控制。WINCC监控画面通过以太网与PLC通讯，PLC通过PROFIBUS-DP总线控制ABB变频器启停及调速，本地通过端子控制变频器启停及升降速，保留原风机房操作箱使用软启动器启动风机功能。该改造方法成功应用于湘潭钢铁公司大盘卷生产线助燃风机控制系统中，运行效果良好。

    关键词：PLC；软启动器；变频器；通讯；FROFIBUS-DP

    湘潭钢铁集团有限公司大盘卷生产线步进梁式加热炉于2007年安装调试完成，其助燃风机采用用的是软启动器的启动方式，运行使用稳定，通过调节风门的开口度大小来调节风压的大小，以适应加热炉内温度控制需要的空燃比。为了节约电耗，2015年10月，通过改造原有控制系统，采用变频调速的方式来调节风量的大小以适应温控的要求。本控制系统保留原软启动器功能，改造后增加变频控制系统，远程通过WINCC监控画面与PLC以太网通讯，PLC与ABB变频器通过PROFIBUS-DP总线通讯控制，本地则通过端子控制ABB变频器的运行。

1  系统配置







    上位机画面使用WINCC操作，与PLC使用以太网通讯。加热炉仪表PLC为西门子S7-400。ABB变频器为ACS800-04P-0400-3+P901,其控制单元ＲＤＣＵ－１２Ｃ带RPBA-01ＰＲＯＦＩＢＵＳ通讯适配器。软启动器为施耐德ATS48C59Q.

2  工作方式及通讯设置

通过控制柜上的操作旋钮选择本地/远程、1#工频/变频、2#工频/变频工作模式，使得工作状态分别为1#工频2#变频、1#变频2#工频、1#工频2#工频三种工作状态。变频器本地为端子控制，远程为DP网络控制。工频由风机房的操作箱选择启动1#或2#助燃风机软启动器，运行及故障两个开关量信号反馈给PLC。

S7-400PLC与ACS800变频器设置：



                                  图3  硬件组态

2.1  S7-400PLC的设置

1)  在S7-400硬件组态中安装ABB_0812.GSD文件(在STEP7硬件组态界面，options-intall GSD file将ABB的GSD文件导入STEP7中)

2)  硬件组态：DP主站中插入从站ABB Drives RPBA-01,分配从站地址(如上图地址为4)（profibu-dp-->additional field device-->drvies-->ABB Drives RPBA-01-->PPO Type 4即输入输出各6个字），从站的参数设置中将operation mode修改为vendor specific。其它默认配置，保存编译。（如上图）

3)  新建DB块（用来保存ABB变频器通讯数据）、FC块，并在FC块中调用系统功能块SFC14、SFC15读写DP从站ABB变频器数据，通过控制字及速度给定来控制ABB变频器。

4)  其它默认配置，将配置下载到PLC中。

主站PLC给DP从站ABB变频器的OUTPUT数据结构为：第一个字通讯控制字CW；第二个字变频器给定值REF1;第三个字变频器给定值REF2;第四个字变频器给定值REF3(由ACS800变频器参数90.01决定)；第五个字变频器给定值REF4(由ABB变频器参数90.02决定);第六个字变频器给定值REF5（由ABB变频器参数90.03决定）;

DP从站ABB变频器给主站PLC的INPUT数据结构为：第一个字对应为变频器状态字SW；第二个字为变频器实际值ACT1（由ACS800参数92.02决定）；第三个字为变频器的实际值ACT2（由ACS800参数92.03决定）；第四个字为变频器的实际值ACT3(由ACS800参数92.04决定);第五个字为变频器的实际值ACT4(由ACS800参数92.05决定);第六个字为变频器的实际值ACT5(由ACS800参数92.06决定);

2.2  ACS800变频器参数设置

    在ABB变频器的DP通讯适配器RPBA-01上设置站点拨码地址，地址与PLC组态时设置相同（如拨码地址设为0,则从站地址由变频器参数设置），DP连接头的终端电阻拨为on,则RPBA-01通讯卡上不需要接入终端电阻。在CDP312R操作盘LOC模式下进入PAR参数设置，99组设置电机参数，并做ID RUN电机识别。DP通讯控制、端子控制与DP控制的选择参数设置如下：

1)  参数98.02改为Fieldbus，表示RPBA-01通讯板被激活；

2)  参数98.07改为ABB DRIVE,表示选择的是ABB传动单元通讯协议（该参数98.02激活后可见）

3)  参数51组在98.02激活后可见：51.01=PROFIBUS DP;51.02=4(与PLC组态设置从站地址一到致)；51.03=1500（表示波特率1.5Mbps）;51.04=4(表示报文协议PPO4，与PLC硬件配置一样)；51组的PZD保持默认；51.27刷新参数修改。

4)  将端子控制作为外部给定REF1;DP网络控制作为REF2；RDCU控制板上的DI1、DI2、DI3分别作为端子起停控制、信号源选择、变频器使能。

(1)  参数10.01=DI1(表示外部EXT1起动、停止由DI1给定，在本例中为操作柜上本地启动按钮);10.02=COMM.MODULE（表示外部EXT2起动、停止由DP通讯给定）

(2)  参数11.01=REF1（表示操作盘给定值的类型）；11.02=DI2（表示由DI2来选择EXT1或EXT2读取信号，0=EXT1,1=EXT2，在本例中为操作柜上本地/远程转换开关）；11.03=KEYPAD（选择外部给定REF1的信号源）11.06=COMM.MODULE（外部给定REF2的信号源）

(3)  参数16.01=DI3(即DI3=1时允许运行，在本例中为变频主回路中KM1或KM3吸合常开辅助点接通)

    调试中注意事项：比如EXT1用作端子控制，EXT2用作DP网络控制，则通过主站过来的速度给定应该在第三个字，而非第二个字。其次51组中的PZD OUT对应主站给从站，PZD IN对应从站传给主站，对应传动数据集90组、92组。



                      图4 数据集字地址分配

3  程序设计



                图5

    利用系统功能块SFC14、SFC15读写变频器数据，数据存于DB块中，读写数据字的长度取决于PPO报文协议的类型，这里我们用的是PPO4，即对应6个输入输出过程数据。




                            图6

    图6中M224.0对应于WINCC画面启动按钮，M224.0置1即向ABB传动通讯协议的控制字写入W#16#476进行初始化，延时100ms启动电机（控制字47F），停止控制字477，速度给定为第三个字，而非第二个字，因第二个字被EXT1的速度给定占用了。以上程序基本实现了ABB变频器的控制，其次可以与原PLC系统进行PID调节，以及运行参数的读取和显示，值得注意的是频率和速度给定时其0-最大值对应0-20000的程序给定；转矩和PID的0-最大值对应0-10000的程序给定。

4  结论

   在软启动控制系统中，经过改造增加ABB变频器，通过DP网络实现西门子PLC控制ABB变频器调速，大幅降低安装、运行、维护成本，提高了系统的抗干扰能力，即保留了原工频软启动的功能又可以根据工艺的需要灵活地进行程序修改控制，为今后类似节能降耗设备改造项目提供了一个成功典范！

参考文献：

[1]ABB Inc.   PROFIBUS DP Adapter Module RPBA-01 User’s Manual[M]. Finland  2005；19-51

[2]廖常初     S7-300/400 PLC 应用技术[M] 第3版  北京 机械工业出版社 2013；272-280

[3]ACS800固件手册ACS800-04/07P泵和风机传动应用程序[M] 北京:北京ABB电气传动系统有限公司 2006；163-166

[4]ACS800硬件手册 ACS800-04P传动模块（200-560KW）[M] 北京:北京ABB电气传动系统有限公司 2006；69-73