Profibus-DP在ABB传动控制系统中的应用.doc
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Profibus-DP在ABB传动控制系统中的应用
孟彦京，崔文
（陕西科技大学电气与信息工程学院，西安710021）
摘要：
本文主要介绍了ABBAC500系列PLC通过Profibus-DP现场总线通讯协议与ACS850系列变频器进行数据通讯，控制变频器的启动、停止，改变变频器输出频率。
主要讨论了Profibus-DP总线的特点及其在变频传动控制系统中的应用，AC500系列PLC的特点及其在CoDeSys编程环境中通讯程序的编写，ACS850系列变频器的参数设置等关键技术环节。
ABB传动控制系统运行可靠、稳定，操作简单，具有较强的指导性和通用性，具有一定的实际意义。
关键词：
Profibus-DP现场总线；变频器；传动控制；可编程序控制器
TheapplicationofProfibus-DPintheABBdrivecontrolsystem
MENGYan-jing，CUIWen
（SchoolofElectricalandInformationEngineering，ShaanxiUniversityofScience&Technology，Xi’an710021，China）
Abstract:
ThispapermainlyintroducedtheABBAC500seriesPLCfordatacommunicationwithACS850seriesinverterthroughtheProfibus-DPfieldbuscommunicationprotocol,controlsthestart,stopandchangetheinverteroutputfrequency.MainlydiscussedtheProfibus-DPfieldbuscharacteristicsanditsapplicationintheDriveControlSystem,thecharacteristicsofAC500seriesPLCandthecommunicationprograminCoDeSysprogrammingenvironment,ACS850seriesinverterparametersettingsandotherkeytechnologyareas.ABBdrivecontrolsystemisreliable,stable,easytooperate,withstrongguidanceandversatility,hasacertainpracticalsignificance.
Keywords:
Profibus-DPFieldBus;Inverter;Drivecontrol;ProgrammableLogicController（PLC）
0前言
PROFIBUS（ProcessFieldbus的缩写）是由Siemens等公司组织开发的一种国际化的、开放的、不依赖于设备生产商的现场总线标准。
先后成为德国很热欧洲的现场总线标准（DIN19245和EN50170），并于2000年成为IEC61158国际现场总线标准之一，2001年成为我国的机械行业标准JB/T10308.3-2001[1]。
PROFIBUS已经广泛应用与加工制造业、过程和楼宇自动化，应用范围非常广泛。
PROFIBUS以其先进的技术和非凡的可靠性代表了当今现场总线的发展方向。
PROFIBUS根据应用特点分为PROFIBUS-DP，PROFIBUS-PA，PROFIBUS-FMS三个版本，分别用于不同场合。
PROFIBUS-DP：
经过优化的高速、廉价的通讯连接，专为设备级分散I/O之间通讯设计，使用PROFIBUS-DP模块可取代价格昂贵的数字或模拟信号线，用于分布式控制系统的高速数据传输。
PROFIBUS-PA：
专为过程自动化设计，标准的本质安全的通讯服务，实现了IEC1158-2规定的通讯规程，用于对安全性要求高的场合及由总线供电的站点。
PROFIBUS-FMS：
解决车间级通用性通讯任务，提供大量的通讯服务，完成中等传输速度的循环和非循环通讯任务[2]。
1控制系统组成
1.1系统硬件配置
系统采用ABB公司的AC500系列PLC为控制系统核心，AC500PLC与ABB公司的ACS850变频器通过Profibus-DP现场总线进行通讯，AC500PLC左侧通讯底板上需要添加Profibus-DP通讯模块CM572-DP。
变频器输出端连接一台三相异步电动机。
如下图1所示。
图1传动系统硬件组成
1.2ABBAC500系列PLC概述
AC500PLC系统由CPU模块、I/O模块、通讯模块和相应的底板模块组成。
整个系统采用了在底板上插入组合模块的结构，用户可以快速、方便的对系统硬件的组态进行扩展、升级、更新和维护[3]。
AC500PLC的CPU模块可以插在同一块的CPU底板上，CPU底板上集成了通讯接口和供电电源部分。
本系统CPU是PM583-ETH，每个CPU由6部分组成：
LCD显示屏、状态显示LED、诊断功能按键、SD卡插槽、电池槽和标签条。
CPU底板配置有RJ45以太网网络接口，计算机通过普通的以太网线就可以与PLC实时通讯，进行程序的下载和在线监控CPU运行状态、修改变量值。
CPU底板型号为TB541-ETH，可以连接4个通讯模块，通讯模块安装在CPU模块的左边，CPU与通讯模块之间的通讯通过集成在CPU底板上的通讯模块总线进行，当安装通讯模块时，自动建立电气连接。
AC500PLC的CPU模块如下图2所示。
图2AC500CPU模块
1.3系统硬件组态
本系统使用的Profibus-DP主站通讯模块型号为CM572-DP，AC500PLC的硬件组态在软件PS501ControlBuilderPlus（V2.2.0）中进行，实际的硬件组态如下图3所示。
ACS850变频器则要安装Profibus-DP从站通讯模块FPBA-01。
FPBA-01Profibus-DP适配器模块是ABB传动单元的一个可选设备，插在ABBACS850变频器的插槽3内，它可以将传动单元连接到一个Profibus-DP网络。
在Profibus-DP网络上，传动单元被当成从属设备。
现场总线通讯模块FPBA-01要安装在变频器SLOT3中，DP线两端连接到FPBA-01模块和CM572通讯模块的串口后将终端电阻打到“ON”的位置。
图3系统硬件组态
其中，ABB_Drives_FPBA_01_DP_v0的PPO4的类型与变频器5104组参数设定要一致；主站地址为0，从站地址为3，波特率为9.6Kbit/s；DP-ModuleI/O映射（双击PPO_04）通道Input0的地址%IW1.0、%IW1.1分别为变频器的控制字和设定速度值，通道Output0的地址%QW1.0、%QW1.1分别为变频器的状态字和实际速度值，如图4所示。
图4DP-ModuleI/O映射配置
在DP-ModuleI/O映射之后的变量会成为全局变量。
在CoDeSys编程界面，点击“资源”-“全局变量”，即可看到定义的所有全局变量，如下图5所示。
图5全局变量定义
2PLC通讯程序编写
AC500系列PLC的控制程序在编程软件为CoDeSys。
CoDeSys是AC500PLC基于windows平台的编程工具，支持指令表（IL）、机构化文本（ST）、功能图（FBD）、梯形图（LD）、顺序功能图（SFC）、连续功能图（CFC）等六种编程语言，完全符合IEC61131-3[4]。
指令丰富，支持多种数据类型，具有软件仿真、在线调试及程序检查等功能，这里使用结构化文本（ST）语言进行编程。
实际的变量声明与程序如下图6所示。
PLC通过Profibus-DP通讯模块可以直接读取变频器的状态字并为变频器写入控制字，通讯程序简单易懂。
图6通讯程序
3ACS850变频器及其参数设置
3.1ACS850变频器概述
ACS850变频器是ABB工业传动为了满足机械制造商、系统集成商、控制板制造商和各种行业的最终用户的生产和性能需要设计的，特别适用于起重机、挤压机、绞车、输送机、卷曲机、泵、风机和工业混合应用。
ACS850的特点有：
模块化紧凑型设计，尺寸小、兼容异步电机和永磁同步电机、不同的通讯可选件、一体化的安全力矩中断功能、变频器与变频器接连，D2D通讯方式，等[5]。
3.2ACS850变频器参数设置
ACS850变频器与PLC通过Profibus-DP现场总线连接成网络后，除在CBP软件中进行硬件组态、在CoDeSys软件中编写控制程序之外，变频器上也要进行适当的参数设置。
除了常用的参数外，基本的通讯参数设置如表1所示。
其中99组参数为启动参数，需要按照异步电机的额定参数设置即可，Profibus-DP通讯需要设置的参数组为50组现场总线、51组总线适配器设置、52组总裁输入参数、53组总线输出参数等。
表1ACS850变频器参数
参数代码
设定值
含义
50组：
现场总线
5001
使能
激活现场总线
5004
速度
总线给定1模式
5015
P.02.22
当前控制字为总线主控制字
51组：
总线适配器设置
5101
Profibus-DP
总线适配器型号（只读）
5102
与PLC硬件组态的地址一致
从站节点号（3）
5103
与PLC硬件组态的地址一致
波特率（9:
9.6Kbit/s）
5104
与PLC硬件组态的地址一致
PPO类型（4）
5105
1（20000对应转速最大值）
ABBDRIVES
5127
刷新
刷新生效
52组：
总线输入参数
5201
4
状态字（16位）
5202
5
实际值ACT1（16位）
53组：
总线输出参数
5301
1
控制字（16位）
5302
2
给定REF1（16位）
控制命令源选择
1001
现场总线（FBA）
外部1启动功能
1004
现场总线（FBA）
外部2启动功能
2101
FBA给定1
速度给定1选择
2401
FBA给定1
转矩给定1选择
参数保存
1607
保存
参数存储
4结果分析
在CoDeSys软件中的工具栏中点击“联机”-“通讯参数”，设置好PLC的通讯参数，然后点击“联机”-“登录”将编写好的程序下载到AC500PLC的CPU中，将CPU打到“运行”状态，连接好PLC与ACS850变频器通讯电缆之后，PLC与变频器即可进行实时的Profibus-DP通讯。
可在“运行”界面中为变频器写入“起动”、“停止”命令和“速度”值，并且可以监视电机实际的反馈值。
“CtrWord”表示16位的控制字，通常使用的控制字有：
16#47E，表示变频器准备合闸；16#47F，表示变频器开始运行。
“SpdSet”表示PLC为变频器写入的速度值，即可以通过给“SpdSet”写入值的方式直接改变变频器的速度。
在监控状态下给定值±20000（十进制）对应正反两个方向的电机最大转速1500RPM（由参数1901设定）。
“StuWord”表示从变频器反馈的状态字，在PLC联机-登陆的状态下可以直接监控该值，判断变频器实际的工作状态。
“ActSpd”表示变频器实际的速度值，在PLC联机-登陆的状态下可以直接监控该值，判断变频器实际的运行速度。
经过实验的测试，PLC与变频器通讯正常，所编写的程序简单、容易掌握，所需的工作量小。
经验证本方法方便并且有效。
5结束语
PLC和变频器控制系统采用了Profibus-DP现场总线控制形式以后，不但整个系统接线变简单，而且系统运行稳定，通讯速度快，操作简单，反馈的信息全面，可以实时掌握变频器的各种状态信息。
本系统还可以用于ABBAC500PLC和ACS850变频器的通讯测试实验，不需要任何附加的设备即可对ABBPLC和变频器的通讯功能进行测试，节省了成本和工作量。
具有一定的实际意义，可用于实际工程中。
参考文献
[1]李正军.现场总线与工业以太网及其应用系统设计[M].北京：
人民邮电出版社，2006:
66-70.
[2]孟彦京.造纸机变频传动原理与设计[M].陕西：
陕西人民出版社，2002:
248-252.
[3]MatthiasSeitz.可编程序控制器应用教程[M].北京：
机械工业出版社，2009:
32-35.
[4]北京ABB电气传动系统有限公司.PS501ControlBuilderPlus_V2.2.0软件手册[Z].2012.
[5]北京ABB电气传动系统有限公司.ABBACS850标准控制程序固件手册（版本B）[Z].2012.
作者简介：
孟彦京（1956-），男，教授，硕士研究生导师，研究方向为电力电子与电力传动；崔文（1987-），男，硕士研究生，研究方向为电力电子与电力传动。
联系方式：
崔文；
电话18329932902；
Email：
cuiwen2011@；
地址：
陕西省西安市未央大学园区陕西科技大学，邮编：
710021。
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