提高熱電廠卸煤系統(tǒng)對(duì)變頻器控制的可靠性

潘光敏

摘 要：在現(xiàn)代化工業(yè)控制系統(tǒng)中，PLC對(duì)變頻器的控制普遍存在，而且PLC控制變頻器的方法有很多種，由早期的硬接線控制方式發(fā)展到如今通過通訊方式進(jìn)行控制。RS485是一種最原始、使用最廣泛的工業(yè)總線通訊方式，但是由于抗干擾能力差、通訊速度慢、安全性弱等一系列技術(shù)問題。為了克服上述通訊方式中存在的各種問題，從設(shè)備在運(yùn)行過程中的重要性和安全性角度考慮，我公司采用西門子S7-300 PLC和美國(guó)ABB公司生產(chǎn)的ACS800系列變頻器，通過PROFIBUS-DP通訊方式，實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的控制。

關(guān)鍵詞：PLC；ABB變頻器；PROFIBUS-DP；控制

我公司的火車卸煤系統(tǒng)主要由翻車機(jī)、撥車機(jī)、遷車臺(tái)、推車機(jī)等重要設(shè)備組成，是一種自動(dòng)化程度極高的卸煤系統(tǒng)，可連續(xù)翻卸幾十節(jié)由火車運(yùn)輸來的裝煤車廂。由于安全可靠性要求較高，因此采用西門子S7-300 PLC作為主控單元， 2臺(tái)45KW電機(jī)、2臺(tái)ABB變頻器ACS800系列實(shí)現(xiàn)對(duì)翻車機(jī)電機(jī)的控制。

為了防止出現(xiàn)通訊故障而影響設(shè)備的正常運(yùn)行、燃料的供應(yīng)不足等一系列問題，同時(shí)設(shè)計(jì)了一套硬接線的控制回路。當(dāng)通訊故障時(shí)，可在PLC程序中對(duì)控制方式進(jìn)行切換操作，使用硬接線對(duì)翻車機(jī)的變頻器、電機(jī)等進(jìn)行控制。

1 ABB變頻器ACS800的工作原理和控制過程

1.1 工作原理

ABB變頻器ACS800系列的控制采用轉(zhuǎn)矩作為其核心控制原理，而轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)是在變頻器內(nèi)部建立了一個(gè)交流異步電動(dòng)機(jī)的軟件數(shù)學(xué)模型，根據(jù)實(shí)測(cè)的直流母線電壓、開關(guān)狀態(tài)和電流計(jì)算出一組精確的電機(jī)轉(zhuǎn)矩和定子磁通實(shí)際值，并將這些參數(shù)值應(yīng)用于控制輸出單元的開關(guān)狀態(tài)，變頻器的每一次開關(guān)狀態(tài)都是單獨(dú)確定的，可以實(shí)現(xiàn)最佳的開關(guān)組合并對(duì)負(fù)載變化作出快速地轉(zhuǎn)矩響應(yīng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速的實(shí)時(shí)控制。

在控制應(yīng)用中，外部信號(hào)（包括起動(dòng)、停止、給定信號(hào)等）只與主機(jī)變頻器相連，主機(jī)通過光纖將從機(jī)控制字和轉(zhuǎn)速給定值、轉(zhuǎn)矩給定值廣播給所有的從機(jī)，實(shí)現(xiàn)對(duì)從機(jī)的控制。從機(jī)一般不通過主從通訊鏈路向主機(jī)發(fā)送任何反饋數(shù)據(jù)，從機(jī)的故障信號(hào)單獨(dú)連至主機(jī)的運(yùn)行使能信號(hào)端，形成聯(lián)鎖。一旦發(fā)生故障，聯(lián)鎖將停止主機(jī)和從機(jī)的運(yùn)行。

1.2 控制過程

隨著工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)的蓬勃發(fā)展，由于變頻器性能穩(wěn)定、節(jié)能、性價(jià)比高等優(yōu)點(diǎn)，在工業(yè)領(lǐng)域中得到廣泛的應(yīng)用。在火車卸煤系統(tǒng)的翻車機(jī)電氣控制上要求驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)矩或轉(zhuǎn)速嚴(yán)格同步，否則無法保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行。而在實(shí)際生產(chǎn)中，有許多因素會(huì)干擾電機(jī)的同步控制，例如頻率的變化、負(fù)載的突變等。為了得到理想的同步控制效果，我公司采用PROFIBUS-DP現(xiàn)場(chǎng)總線通訊，通過變頻器的I/O接口控制電機(jī)的啟動(dòng)、停止、改變旋轉(zhuǎn)方向以及調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速，通過數(shù)字輸入和模擬輸入來控制轉(zhuǎn)動(dòng)單元。

2 通過PROFIBUS-DP通訊、硬接線對(duì)變頻器的控制

2.1 采用PROFIBUS-DP通訊方式

操作員在上位機(jī)進(jìn)行操作時(shí)，輸出信號(hào)由西門子S7-300的CPU模塊通過PROFIBUS-DP現(xiàn)場(chǎng)總線傳送到DP適配器，然后由DP適配器通過光纖與變頻器進(jìn)行通訊，2臺(tái)變頻器之間通過PROFIBUS-DP現(xiàn)場(chǎng)總線互連，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)對(duì)變頻器的同步控制。如圖1所示。

2.2 采用硬接線通訊方式

操作員在上位機(jī)進(jìn)行操作時(shí)，輸出信號(hào)由西門子S7-300的AO或DO模塊通過電纜線接到相應(yīng)信號(hào)繼電器KA，然后繼電器的觸點(diǎn)信號(hào)傳送到DP適配器的接線端子，最后DP適配器通過光纖與變頻器進(jìn)行通訊，2臺(tái)變頻器之間通過PROFIBUS-DP現(xiàn)場(chǎng)總線互連， 實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)對(duì)變頻器的同步控制。

3 在西門子S7-300程序中實(shí)現(xiàn)變頻器控制方式的切換

當(dāng)西門子S7-300的CPU模塊與DP適配器、2臺(tái)變頻器之間PROFIBUS-DP通訊故障時(shí)，為了不影響卸煤系統(tǒng)的正常運(yùn)行和保證生產(chǎn)中燃料的充足供應(yīng)，及時(shí)恢復(fù)控制系統(tǒng)對(duì)翻車機(jī)變頻器的控制，可以在PLC程序中將常閉點(diǎn)M1011.2更改為常開點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)硬接線的控制方式。

4 結(jié)束語

PLC與變頻器之間采用PROFIBUS-DP的通訊方式和硬接線的控制方式，是一種實(shí)現(xiàn)對(duì)變頻器安全、可靠的最佳選擇方案，不僅能夠保證多臺(tái)變頻器的同步運(yùn)行，減少了設(shè)備因不同步、負(fù)載分配不平衡而導(dǎo)致系統(tǒng)故障的發(fā)生，而且保證了生產(chǎn)的正常高效運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)

[1]廖常初.PLC編程及應(yīng)用[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2002.

[2]中國(guó)機(jī)電一體化技術(shù)應(yīng)用協(xié)會(huì)譯，運(yùn)用PROFIBUS-DP實(shí)現(xiàn)分散自動(dòng)化.北京.

[3]ACS800-01/U1傳動(dòng)單元硬件手冊(cè).北京：北京ABB電氣傳動(dòng)系統(tǒng)有限公司，2009.endprint

摘 要：在現(xiàn)代化工業(yè)控制系統(tǒng)中，PLC對(duì)變頻器的控制普遍存在，而且PLC控制變頻器的方法有很多種，由早期的硬接線控制方式發(fā)展到如今通過通訊方式進(jìn)行控制。RS485是一種最原始、使用最廣泛的工業(yè)總線通訊方式，但是由于抗干擾能力差、通訊速度慢、安全性弱等一系列技術(shù)問題。為了克服上述通訊方式中存在的各種問題，從設(shè)備在運(yùn)行過程中的重要性和安全性角度考慮，我公司采用西門子S7-300 PLC和美國(guó)ABB公司生產(chǎn)的ACS800系列變頻器，通過PROFIBUS-DP通訊方式，實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的控制。

關(guān)鍵詞：PLC；ABB變頻器；PROFIBUS-DP；控制

我公司的火車卸煤系統(tǒng)主要由翻車機(jī)、撥車機(jī)、遷車臺(tái)、推車機(jī)等重要設(shè)備組成，是一種自動(dòng)化程度極高的卸煤系統(tǒng)，可連續(xù)翻卸幾十節(jié)由火車運(yùn)輸來的裝煤車廂。由于安全可靠性要求較高，因此采用西門子S7-300 PLC作為主控單元， 2臺(tái)45KW電機(jī)、2臺(tái)ABB變頻器ACS800系列實(shí)現(xiàn)對(duì)翻車機(jī)電機(jī)的控制。

為了防止出現(xiàn)通訊故障而影響設(shè)備的正常運(yùn)行、燃料的供應(yīng)不足等一系列問題，同時(shí)設(shè)計(jì)了一套硬接線的控制回路。當(dāng)通訊故障時(shí)，可在PLC程序中對(duì)控制方式進(jìn)行切換操作，使用硬接線對(duì)翻車機(jī)的變頻器、電機(jī)等進(jìn)行控制。

1 ABB變頻器ACS800的工作原理和控制過程

1.1 工作原理

ABB變頻器ACS800系列的控制采用轉(zhuǎn)矩作為其核心控制原理，而轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)是在變頻器內(nèi)部建立了一個(gè)交流異步電動(dòng)機(jī)的軟件數(shù)學(xué)模型，根據(jù)實(shí)測(cè)的直流母線電壓、開關(guān)狀態(tài)和電流計(jì)算出一組精確的電機(jī)轉(zhuǎn)矩和定子磁通實(shí)際值，并將這些參數(shù)值應(yīng)用于控制輸出單元的開關(guān)狀態(tài)，變頻器的每一次開關(guān)狀態(tài)都是單獨(dú)確定的，可以實(shí)現(xiàn)最佳的開關(guān)組合并對(duì)負(fù)載變化作出快速地轉(zhuǎn)矩響應(yīng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速的實(shí)時(shí)控制。

在控制應(yīng)用中，外部信號(hào)（包括起動(dòng)、停止、給定信號(hào)等）只與主機(jī)變頻器相連，主機(jī)通過光纖將從機(jī)控制字和轉(zhuǎn)速給定值、轉(zhuǎn)矩給定值廣播給所有的從機(jī)，實(shí)現(xiàn)對(duì)從機(jī)的控制。從機(jī)一般不通過主從通訊鏈路向主機(jī)發(fā)送任何反饋數(shù)據(jù)，從機(jī)的故障信號(hào)單獨(dú)連至主機(jī)的運(yùn)行使能信號(hào)端，形成聯(lián)鎖。一旦發(fā)生故障，聯(lián)鎖將停止主機(jī)和從機(jī)的運(yùn)行。

1.2 控制過程

隨著工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)的蓬勃發(fā)展，由于變頻器性能穩(wěn)定、節(jié)能、性價(jià)比高等優(yōu)點(diǎn)，在工業(yè)領(lǐng)域中得到廣泛的應(yīng)用。在火車卸煤系統(tǒng)的翻車機(jī)電氣控制上要求驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)矩或轉(zhuǎn)速嚴(yán)格同步，否則無法保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行。而在實(shí)際生產(chǎn)中，有許多因素會(huì)干擾電機(jī)的同步控制，例如頻率的變化、負(fù)載的突變等。為了得到理想的同步控制效果，我公司采用PROFIBUS-DP現(xiàn)場(chǎng)總線通訊，通過變頻器的I/O接口控制電機(jī)的啟動(dòng)、停止、改變旋轉(zhuǎn)方向以及調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速，通過數(shù)字輸入和模擬輸入來控制轉(zhuǎn)動(dòng)單元。

2 通過PROFIBUS-DP通訊、硬接線對(duì)變頻器的控制

2.1 采用PROFIBUS-DP通訊方式

操作員在上位機(jī)進(jìn)行操作時(shí)，輸出信號(hào)由西門子S7-300的CPU模塊通過PROFIBUS-DP現(xiàn)場(chǎng)總線傳送到DP適配器，然后由DP適配器通過光纖與變頻器進(jìn)行通訊，2臺(tái)變頻器之間通過PROFIBUS-DP現(xiàn)場(chǎng)總線互連，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)對(duì)變頻器的同步控制。如圖1所示。

2.2 采用硬接線通訊方式

操作員在上位機(jī)進(jìn)行操作時(shí)，輸出信號(hào)由西門子S7-300的AO或DO模塊通過電纜線接到相應(yīng)信號(hào)繼電器KA，然后繼電器的觸點(diǎn)信號(hào)傳送到DP適配器的接線端子，最后DP適配器通過光纖與變頻器進(jìn)行通訊，2臺(tái)變頻器之間通過PROFIBUS-DP現(xiàn)場(chǎng)總線互連， 實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)對(duì)變頻器的同步控制。

3 在西門子S7-300程序中實(shí)現(xiàn)變頻器控制方式的切換

當(dāng)西門子S7-300的CPU模塊與DP適配器、2臺(tái)變頻器之間PROFIBUS-DP通訊故障時(shí)，為了不影響卸煤系統(tǒng)的正常運(yùn)行和保證生產(chǎn)中燃料的充足供應(yīng)，及時(shí)恢復(fù)控制系統(tǒng)對(duì)翻車機(jī)變頻器的控制，可以在PLC程序中將常閉點(diǎn)M1011.2更改為常開點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)硬接線的控制方式。

4 結(jié)束語

PLC與變頻器之間采用PROFIBUS-DP的通訊方式和硬接線的控制方式，是一種實(shí)現(xiàn)對(duì)變頻器安全、可靠的最佳選擇方案，不僅能夠保證多臺(tái)變頻器的同步運(yùn)行，減少了設(shè)備因不同步、負(fù)載分配不平衡而導(dǎo)致系統(tǒng)故障的發(fā)生，而且保證了生產(chǎn)的正常高效運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)

[1]廖常初.PLC編程及應(yīng)用[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2002.

[2]中國(guó)機(jī)電一體化技術(shù)應(yīng)用協(xié)會(huì)譯，運(yùn)用PROFIBUS-DP實(shí)現(xiàn)分散自動(dòng)化.北京.

[3]ACS800-01/U1傳動(dòng)單元硬件手冊(cè).北京：北京ABB電氣傳動(dòng)系統(tǒng)有限公司，2009.endprint

摘 要：在現(xiàn)代化工業(yè)控制系統(tǒng)中，PLC對(duì)變頻器的控制普遍存在，而且PLC控制變頻器的方法有很多種，由早期的硬接線控制方式發(fā)展到如今通過通訊方式進(jìn)行控制。RS485是一種最原始、使用最廣泛的工業(yè)總線通訊方式，但是由于抗干擾能力差、通訊速度慢、安全性弱等一系列技術(shù)問題。為了克服上述通訊方式中存在的各種問題，從設(shè)備在運(yùn)行過程中的重要性和安全性角度考慮，我公司采用西門子S7-300 PLC和美國(guó)ABB公司生產(chǎn)的ACS800系列變頻器，通過PROFIBUS-DP通訊方式，實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的控制。

關(guān)鍵詞：PLC；ABB變頻器；PROFIBUS-DP；控制

我公司的火車卸煤系統(tǒng)主要由翻車機(jī)、撥車機(jī)、遷車臺(tái)、推車機(jī)等重要設(shè)備組成，是一種自動(dòng)化程度極高的卸煤系統(tǒng)，可連續(xù)翻卸幾十節(jié)由火車運(yùn)輸來的裝煤車廂。由于安全可靠性要求較高，因此采用西門子S7-300 PLC作為主控單元， 2臺(tái)45KW電機(jī)、2臺(tái)ABB變頻器ACS800系列實(shí)現(xiàn)對(duì)翻車機(jī)電機(jī)的控制。

為了防止出現(xiàn)通訊故障而影響設(shè)備的正常運(yùn)行、燃料的供應(yīng)不足等一系列問題，同時(shí)設(shè)計(jì)了一套硬接線的控制回路。當(dāng)通訊故障時(shí)，可在PLC程序中對(duì)控制方式進(jìn)行切換操作，使用硬接線對(duì)翻車機(jī)的變頻器、電機(jī)等進(jìn)行控制。

1 ABB變頻器ACS800的工作原理和控制過程

1.1 工作原理

ABB變頻器ACS800系列的控制采用轉(zhuǎn)矩作為其核心控制原理，而轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)是在變頻器內(nèi)部建立了一個(gè)交流異步電動(dòng)機(jī)的軟件數(shù)學(xué)模型，根據(jù)實(shí)測(cè)的直流母線電壓、開關(guān)狀態(tài)和電流計(jì)算出一組精確的電機(jī)轉(zhuǎn)矩和定子磁通實(shí)際值，并將這些參數(shù)值應(yīng)用于控制輸出單元的開關(guān)狀態(tài)，變頻器的每一次開關(guān)狀態(tài)都是單獨(dú)確定的，可以實(shí)現(xiàn)最佳的開關(guān)組合并對(duì)負(fù)載變化作出快速地轉(zhuǎn)矩響應(yīng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速的實(shí)時(shí)控制。

在控制應(yīng)用中，外部信號(hào)（包括起動(dòng)、停止、給定信號(hào)等）只與主機(jī)變頻器相連，主機(jī)通過光纖將從機(jī)控制字和轉(zhuǎn)速給定值、轉(zhuǎn)矩給定值廣播給所有的從機(jī)，實(shí)現(xiàn)對(duì)從機(jī)的控制。從機(jī)一般不通過主從通訊鏈路向主機(jī)發(fā)送任何反饋數(shù)據(jù)，從機(jī)的故障信號(hào)單獨(dú)連至主機(jī)的運(yùn)行使能信號(hào)端，形成聯(lián)鎖。一旦發(fā)生故障，聯(lián)鎖將停止主機(jī)和從機(jī)的運(yùn)行。

1.2 控制過程

隨著工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)的蓬勃發(fā)展，由于變頻器性能穩(wěn)定、節(jié)能、性價(jià)比高等優(yōu)點(diǎn)，在工業(yè)領(lǐng)域中得到廣泛的應(yīng)用。在火車卸煤系統(tǒng)的翻車機(jī)電氣控制上要求驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)矩或轉(zhuǎn)速嚴(yán)格同步，否則無法保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行。而在實(shí)際生產(chǎn)中，有許多因素會(huì)干擾電機(jī)的同步控制，例如頻率的變化、負(fù)載的突變等。為了得到理想的同步控制效果，我公司采用PROFIBUS-DP現(xiàn)場(chǎng)總線通訊，通過變頻器的I/O接口控制電機(jī)的啟動(dòng)、停止、改變旋轉(zhuǎn)方向以及調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速，通過數(shù)字輸入和模擬輸入來控制轉(zhuǎn)動(dòng)單元。

2 通過PROFIBUS-DP通訊、硬接線對(duì)變頻器的控制

2.1 采用PROFIBUS-DP通訊方式

操作員在上位機(jī)進(jìn)行操作時(shí)，輸出信號(hào)由西門子S7-300的CPU模塊通過PROFIBUS-DP現(xiàn)場(chǎng)總線傳送到DP適配器，然后由DP適配器通過光纖與變頻器進(jìn)行通訊，2臺(tái)變頻器之間通過PROFIBUS-DP現(xiàn)場(chǎng)總線互連，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)對(duì)變頻器的同步控制。如圖1所示。

2.2 采用硬接線通訊方式

操作員在上位機(jī)進(jìn)行操作時(shí)，輸出信號(hào)由西門子S7-300的AO或DO模塊通過電纜線接到相應(yīng)信號(hào)繼電器KA，然后繼電器的觸點(diǎn)信號(hào)傳送到DP適配器的接線端子，最后DP適配器通過光纖與變頻器進(jìn)行通訊，2臺(tái)變頻器之間通過PROFIBUS-DP現(xiàn)場(chǎng)總線互連， 實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)對(duì)變頻器的同步控制。

3 在西門子S7-300程序中實(shí)現(xiàn)變頻器控制方式的切換

當(dāng)西門子S7-300的CPU模塊與DP適配器、2臺(tái)變頻器之間PROFIBUS-DP通訊故障時(shí)，為了不影響卸煤系統(tǒng)的正常運(yùn)行和保證生產(chǎn)中燃料的充足供應(yīng)，及時(shí)恢復(fù)控制系統(tǒng)對(duì)翻車機(jī)變頻器的控制，可以在PLC程序中將常閉點(diǎn)M1011.2更改為常開點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)硬接線的控制方式。

4 結(jié)束語

PLC與變頻器之間采用PROFIBUS-DP的通訊方式和硬接線的控制方式，是一種實(shí)現(xiàn)對(duì)變頻器安全、可靠的最佳選擇方案，不僅能夠保證多臺(tái)變頻器的同步運(yùn)行，減少了設(shè)備因不同步、負(fù)載分配不平衡而導(dǎo)致系統(tǒng)故障的發(fā)生，而且保證了生產(chǎn)的正常高效運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)

[1]廖常初.PLC編程及應(yīng)用[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2002.

[2]中國(guó)機(jī)電一體化技術(shù)應(yīng)用協(xié)會(huì)譯，運(yùn)用PROFIBUS-DP實(shí)現(xiàn)分散自動(dòng)化.北京.

[3]ACS800-01/U1傳動(dòng)單元硬件手冊(cè).北京：北京ABB電氣傳動(dòng)系統(tǒng)有限公司，2009.endprint