湖南華菱湘潭鋼鐵有限公司的研究人員鄭國(guó)軍、金儒衡，在2016年第8期《電氣技術(shù)》雜志上撰文，介紹了在原有軟啟動(dòng)器啟動(dòng)助燃風(fēng)機(jī)的基礎(chǔ)上進(jìn)行自動(dòng)化改造，在原基礎(chǔ)上新增ABB變頻器，其通過(guò)端子及DP網(wǎng)絡(luò)通訊兩種方式進(jìn)行控制。
WINCC監(jiān)控畫面通過(guò)以太網(wǎng)與PLC通訊，PLC通過(guò)PROFIBUS-DP總線控制ABB變頻器啟停及調(diào)速，本地通過(guò)端子控制變頻器啟停及升降速，保留原風(fēng)機(jī)房操作箱使用軟啟動(dòng)器啟動(dòng)風(fēng)機(jī)功能。
該改造方法成功應(yīng)用于湘潭鋼鐵公司大盤卷生產(chǎn)線助燃風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)中，運(yùn)行效果良好。
湘潭鋼鐵集團(tuán)有限公司大盤卷生產(chǎn)線步進(jìn)梁式加熱爐于2007年安裝調(diào)試完成，其助燃風(fēng)機(jī)采用用的是軟啟動(dòng)器的啟動(dòng)方式，運(yùn)行使用穩(wěn)定，通過(guò)調(diào)節(jié)風(fēng)門的開口度大小來(lái)調(diào)節(jié)風(fēng)壓的大小，以適應(yīng)加熱爐內(nèi)溫度控制需要的空燃比。
為了節(jié)約電耗，2015年10月，通過(guò)改造原有控制系統(tǒng)，采用變頻調(diào)速的方式來(lái)調(diào)節(jié)風(fēng)量的大小以適應(yīng)溫控的要求。
本控制系統(tǒng)保留原軟啟動(dòng)器功能，改造后增加變頻控制系統(tǒng)，遠(yuǎn)程通過(guò)WINCC監(jiān)控畫面與PLC以太網(wǎng)通訊，PLC與ABB變頻器通過(guò)PROFIBUS-DP總線通訊控制，本地則通過(guò)端子控制ABB變頻器的運(yùn)行。
1、系統(tǒng)配置
上位機(jī)畫面使用WINCC操作，與PLC使用以太網(wǎng)通訊。加熱爐儀表PLC為西門子S7-400。ABB變頻器為ACS800-04P-0400-3+P901,其控制單元RDCU-12C帶RPBA-01 PROFIBUS通訊適配器。軟啟動(dòng)器為施耐德ATS48C59Q。
2、工作方式及通訊設(shè)置
通過(guò)控制柜上的操作旋鈕選擇本地/遠(yuǎn)程、1#工頻/變頻、2#工頻/變頻工作模式，使得工作狀態(tài)分別為1#工頻2#變頻、1#變頻2#工頻、1#工頻2#工頻三種工作狀態(tài)。
變頻器本地為端子控制，遠(yuǎn)程為DP網(wǎng)絡(luò)控制。工頻由風(fēng)機(jī)房的操作箱選擇啟動(dòng)1#或2#助燃風(fēng)機(jī)軟啟動(dòng)器，運(yùn)行及故障兩個(gè)開關(guān)量信號(hào)反饋給PLC。
S7-400PLC與ACS800變頻器設(shè)置：
圖3 硬件組態(tài)
2.1 S7-400PLC的設(shè)置
1) 在S7-400硬件組態(tài)中安裝ABB_0812.GSD文件(在STEP7硬件組態(tài)界面，options-intall GSD file將ABB的GSD文件導(dǎo)入STEP7中)
2) 硬件組態(tài)：DP主站中插入從站ABB Drives RPBA-01,分配從站地址(如上圖地址為4)（profibu-dp-->additional fielddevice-->drvies-->ABB Drives RPBA-01-->PPO Type 4即輸入輸出各6個(gè)字），從站的參數(shù)設(shè)置中將operation mode修改為vendor specific。其它默認(rèn)配置，保存編譯。（如上圖）
3) 新建DB塊（用來(lái)保存ABB變頻器通訊數(shù)據(jù)）、FC塊，并在FC塊中調(diào)用系統(tǒng)功能塊SFC14、SFC15讀寫DP從站ABB變頻器數(shù)據(jù)，通過(guò)控制字及速度給定來(lái)控制ABB變頻器。
4) 其它默認(rèn)配置，將配置下載到PLC中。
主站PLC給DP從站ABB變頻器的OUTPUT數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)為：第一個(gè)字通訊控制字CW；第二個(gè)字變頻器給定值REF1;第三個(gè)字變頻器給定值REF2;第四個(gè)字變頻器給定值REF3(由ACS800變頻器參數(shù)90.01決定)；第五個(gè)字變頻器給定值REF4(由ABB變頻器參數(shù)90.02決定);第六個(gè)字變頻器給定值REF5（由ABB變頻器參數(shù)90.03決定）;
DP從站ABB變頻器給主站PLC的INPUT數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)為：第一個(gè)字對(duì)應(yīng)為變頻器狀態(tài)字SW；第二個(gè)字為變頻器實(shí)際值A(chǔ)CT1（由ACS800參數(shù)92.02決定）；第三個(gè)字為變頻器的實(shí)際值A(chǔ)CT2（由ACS800參數(shù)92.03決定）；第四個(gè)字為變頻器的實(shí)際值A(chǔ)CT3(由ACS800參數(shù)92.04決定);第五個(gè)字為變頻器的實(shí)際值A(chǔ)CT4(由ACS800參數(shù)92.05決定);第六個(gè)字為變頻器的實(shí)際值A(chǔ)CT5(由ACS800參數(shù)92.06決定);
2.2 ACS800變頻器參數(shù)設(shè)置
在ABB變頻器的DP通訊適配器RPBA-01上設(shè)置站點(diǎn)撥碼地址，地址與PLC組態(tài)時(shí)設(shè)置相同（如撥碼地址設(shè)為0,則從站地址由變頻器參數(shù)設(shè)置），DP連接頭的終端電阻撥為on,則RPBA-01通訊卡上不需要接入終端電阻。
在CDP312R操作盤LOC模式下進(jìn)入PAR參數(shù)設(shè)置，99組設(shè)置電機(jī)參數(shù)，并做IDRUN電機(jī)識(shí)別。DP通訊控制、端子控制與DP控制的選擇參數(shù)設(shè)置如下：
1) 參數(shù)98.02改為Fieldbus，表示RPBA-01通訊板被激活；
2) 參數(shù)98.07改為ABB DRIVE,表示選擇的是ABB傳動(dòng)單元通訊協(xié)議（該參數(shù)98.02激活后可見）
3) 參數(shù)51組在98.02激活后可見：51.01=PROFIBUS DP;51.02=4(與PLC組態(tài)設(shè)置從站地址一到致)；51.03=1500（表示波特率1.5Mbps）;51.04=4(表示報(bào)文協(xié)議PPO4，與PLC硬件配置一樣)；51組的PZD保持默認(rèn)；51.27刷新參數(shù)修改。
4) 將端子控制作為外部給定REF1;DP網(wǎng)絡(luò)控制作為REF2；RDCU控制板上的DI1、DI2、DI3分別作為端子起停控制、信號(hào)源選擇、變頻器使能。
“(1) 參數(shù)10.01=DI1(表示外部EXT1起動(dòng)、停止由DI1給定，在本例中為操作柜上本地啟動(dòng)按鈕);10.02=COMM.MODULE（表示外部EXT2起動(dòng)、停止由DP通訊給定）
(2) 參數(shù)11.01=REF1（表示操作盤給定值的類型）；11.02=DI2（表示由DI2來(lái)選擇EXT1或EXT2讀取信號(hào)，0=EXT1,1=EXT2，在本例中為操作柜上本地/遠(yuǎn)程轉(zhuǎn)換開關(guān)）；11.03=KEYPAD（選擇外部給定REF1的信號(hào)源）11.06=COMM.MODULE（外部給定REF2的信號(hào)源）
(3) 參數(shù)16.01=DI3(即DI3=1時(shí)允許運(yùn)行，在本例中為變頻主回路中KM1或KM3吸合常開輔助點(diǎn)接通)
調(diào)試中注意事項(xiàng)：比如EXT1用作端子控制，EXT2用作DP網(wǎng)絡(luò)控制，則通過(guò)主站過(guò)來(lái)的速度給定應(yīng)該在第三個(gè)字，而非第二個(gè)字。其次51組中的PZD OUT對(duì)應(yīng)主站給從站，PZD IN對(duì)應(yīng)從站傳給主站，對(duì)應(yīng)傳動(dòng)數(shù)據(jù)集90組、92組。
圖4 數(shù)據(jù)集字地址分配
3、程序設(shè)計(jì)
圖5
利用系統(tǒng)功能塊SFC14、SFC15讀寫變頻器數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)存于DB塊中，讀寫數(shù)據(jù)字的長(zhǎng)度取決于PPO報(bào)文協(xié)議的類型，這里我們用的是PPO4，即對(duì)應(yīng)6個(gè)輸入輸出過(guò)程數(shù)據(jù)。
圖6
圖6中M224.0對(duì)應(yīng)于WINCC畫面啟動(dòng)按鈕，M224.0置1即向ABB傳動(dòng)通訊協(xié)議的控制字寫入W#16#476進(jìn)行初始化，延時(shí)100ms啟動(dòng)電機(jī)（控制字47F），停止控制字477，速度給定為第三個(gè)字，而非第二個(gè)字，因第二個(gè)字被EXT1的速度給定占用了。
以上程序基本實(shí)現(xiàn)了ABB變頻器的控制，其次可以與原PLC系統(tǒng)進(jìn)行PID調(diào)節(jié)，以及運(yùn)行參數(shù)的讀取和顯示，值得注意的是頻率和速度給定時(shí)其0-最大值對(duì)應(yīng)0-20000的程序給定；轉(zhuǎn)矩和PID的0-最大值對(duì)應(yīng)0-10000的程序給定。
4、結(jié)論
在軟啟動(dòng)控制系統(tǒng)中，經(jīng)過(guò)改造增加ABB變頻器，通過(guò)DP網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)西門子PLC控制ABB變頻器調(diào)速，大幅降低安裝、運(yùn)行、維護(hù)成本，提高了系統(tǒng)的抗干擾能力，即保留了原工頻軟啟動(dòng)的功能又可以根據(jù)工藝的需要靈活地進(jìn)行程序修改控制，為今后類似節(jié)能降耗設(shè)備改造項(xiàng)目提供了一個(gè)成功典范。
