Profibus-DP在ABB传动控制系统中的应用.doc

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ABB AC500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 communication 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 series 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: Profibus-DP Field Bus;Inverter;Drive control;Programmable Logic Controller（PLC）0 前言PROFIBUS（Process Fieldbus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/T10308.3-20011。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，AC500 PLC与ABB公司的ACS850变频器通过Profibus-DP现场总线进行通讯，AC500 PLC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1.2 ABB AC500系列PLC概述AC500 PLC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。AC500 PLC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。AC500 PLC的CPU模块如下图2所示。图2 AC500 CPU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，AC500 PLC的硬件组态在软件PS501 Control Builder Plus （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-01 Profibus-DP适配器模块是ABB传动单元的一个可选设备，插在ABB ACS850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-Module I/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4 DP-Module I/O映射配置 在DP-Module I/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2 PLC通讯程序编写AC500系列PLC的控制程序在编程软件为CoDeSys。CoDeSys是AC500 PLC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IEC61131-34。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3 ACS850变频器及其参数设置3.1 ACS850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。3.2 ACS850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1 ACS850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5015P.02.22当前控制字为总线主控制字51组：总线适配器设置5101Profibus-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）51051（20000对应转速最大值）ABB DRIVES5127刷新刷新生效52组：总线输入参数52014状态字 （16位）52025实际值 ACT1 （16位）53组：总线输出参数53011控制字（16位）53022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2101FBA给定1速度给定1选择2401FBA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AC500 PLC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ABB AC500 PLC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ABB PLC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 Matthias Seitz.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