摘要：本文主要介紹了ABBAC500系列PLC通過Profibus-DP現(xiàn)場(chǎng)總線通訊協(xié)議與ACS850系列變頻器進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，控制變頻器的啟動(dòng)、停止，改變變頻器輸出頻率。主要討論了Profibus-DP總線的特點(diǎn)及其在變頻傳動(dòng)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，AC500系列PLC的特點(diǎn)及其在CoDeSys編程環(huán)境中通訊程序的編寫，ACS850系列變頻器的參數(shù)設(shè)置等關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)。ABB傳動(dòng)控制系統(tǒng)運(yùn)行可靠、穩(wěn)定，操作簡(jiǎn)單，具有較強(qiáng)的指導(dǎo)性和通用性，具有一定的實(shí)際意義。

關(guān)鍵詞：Profibus-DP現(xiàn)場(chǎng)總線；變頻器；傳動(dòng)控制；可編程序控制器

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的縮寫）是由Siemens等公司組織開發(fā)的一種國際化的、開放的、不依賴于設(shè)備生產(chǎn)商的現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)。先后成為德國很熱歐洲的現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)（DIN19245和EN50170），并于2000年成為IEC61158國際現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)之一，2001年成為我國的機(jī)械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JB/T10308.3-2001[1]。

PROFIBUS已經(jīng)廣泛應(yīng)用與加工制造業(yè)、過程和樓宇自動(dòng)化，應(yīng)用范圍非常廣泛。PROFIBUS以其先進(jìn)的技術(shù)和非凡的可靠性代表了當(dāng)今現(xiàn)場(chǎng)總線的發(fā)展方向。

PROFIBUS根據(jù)應(yīng)用特點(diǎn)分為PROFIBUS-DP，PROFIBUS-PA，PROFIBUS-FMS三個(gè)版本，分別用于不同場(chǎng)合。

PROFIBUS-DP：經(jīng)過優(yōu)化的高速、廉價(jià)的通訊連接，專為設(shè)備級(jí)分散I/O之間通訊設(shè)計(jì)，使用PROFIBUS-DP模塊可取代價(jià)格昂貴的數(shù)字或模擬信號(hào)線，用于分布式控制系統(tǒng)的高速數(shù)據(jù)傳輸。

PROFIBUS-PA：專為過程自動(dòng)化設(shè)計(jì)，標(biāo)準(zhǔn)的本質(zhì)安全的通訊服務(wù)，實(shí)現(xiàn)了IEC1158-2規(guī)定的通訊規(guī)程，用于對(duì)安全性要求高的場(chǎng)合及由總線供電的站點(diǎn)。

PROFIBUS-FMS：解決車間級(jí)通用性通訊任務(wù)，提供大量的通訊服務(wù)，完成中等傳輸速度的循環(huán)和非循環(huán)通訊任務(wù)[2]。

1 控制系統(tǒng)組成

1.1系統(tǒng)硬件配置

系統(tǒng)采用ABB公司的AC500系列PLC為控制系統(tǒng)核心，AC500PLC與ABB公司的ACS850變頻器通過Profibus-DP現(xiàn)場(chǎng)總線進(jìn)行通訊，AC500PLC左側(cè)通訊底板上需要添加Profibus-DP通訊模塊CM572-DP。變頻器輸出端連接一臺(tái)三相異步電動(dòng)機(jī)。如下圖1所示。

圖1傳動(dòng)系統(tǒng)硬件組成

1.2ABBAC500系列PLC概述

AC500PLC系統(tǒng)由CPU模塊、I/O模塊、通訊模塊和相應(yīng)的底板模塊組成。整個(gè)系統(tǒng)采用了在底板上插入組合模塊的結(jié)構(gòu)，用戶可以快速、方便的對(duì)系統(tǒng)硬件的組態(tài)進(jìn)行擴(kuò)展、升級(jí)、更新和維護(hù)[3]。

AC500PLC的CPU模塊可以插在同一塊的CPU底板上，CPU底板上集成了通訊接口和供電電源部分。本系統(tǒng)CPU是PM583-ETH，每個(gè)CPU由6部分組成：LCD顯示屏、狀態(tài)顯示LED、診斷功能按鍵、SD卡插槽、電池槽和標(biāo)簽條。CPU底板配置有RJ45以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)接口，計(jì)算機(jī)通過普通的以太網(wǎng)線就可以與PLC實(shí)時(shí)通訊，進(jìn)行程序的下載和在線監(jiān)控CPU運(yùn)行狀態(tài)、修改變量值。CPU底板型號(hào)為TB541-ETH，可以連接4個(gè)通訊模塊，通訊模塊安裝在CPU模塊的左邊，CPU與通訊模塊之間的通訊通過集成在CPU底板上的通訊模塊總線進(jìn)行，當(dāng)安裝通訊模塊時(shí)，自動(dòng)建立電氣連接。AC500PLC的CPU模塊如下圖2所示。

圖2AC500CPU模塊

1.3系統(tǒng)硬件組態(tài)

本系統(tǒng)使用的主站通訊模塊型號(hào)為CM572-DP，AC500PLC的硬件組態(tài)在軟件PS501ControlBuilderPlus（V2.2.0）中進(jìn)行，實(shí)際的硬件組態(tài)如下圖3所示。ACS850變頻器則要安裝Profibus-DP從站通訊模塊FPBA-01。FPBA-01Profibus-DP適配器模塊是ABB傳動(dòng)單元的一個(gè)可選設(shè)備，插在ABBACS850變頻器的插槽3內(nèi)，它可以將傳動(dòng)單元連接到一個(gè)Profibus-DP網(wǎng)絡(luò)。在Profibus-DP網(wǎng)絡(luò)上，傳動(dòng)單元被當(dāng)成從屬設(shè)備?，F(xiàn)場(chǎng)總線通訊模塊FPBA-01要安裝在變頻器SLOT3中，DP線兩端連接到FPBA-01模塊和CM572通訊模塊的串口后將終端電阻打到“ON”的位置。

圖3系統(tǒng)硬件組態(tài)

其中，ABB_Drives_FPBA_01_DP_v0的PPO4的類型與變頻器5104組參數(shù)設(shè)定要一致；主站地址為0，從站地址為3，波特率為9.6Kbit/s；DP-ModuleI/O映射（雙擊PPO_04）通道Input0的地址%IW1.0、%IW1.1分別為變頻器的控制字和設(shè)定速度值，通道Output0的地址%QW1.0、%QW1.1分別為變頻器的狀態(tài)字和實(shí)際速度值，如圖4所示。

圖4DP-ModuleI/O映射配置

在DP-ModuleI/O映射之后的變量會(huì)成為全局變量。在CoDeSys編程界面，點(diǎn)擊“資源”-“全局變量”，即可看到定義的所有全局變量，如下圖5所示。

圖5全局變量定義

2 PLC通訊程序編寫

AC500系列PLC的控制程序在編程軟件為CoDeSys。CoDeSys是AC500PLC基于windows平臺(tái)的編程工具，支持指令表（IL）、機(jī)構(gòu)化文本（ST）、功能圖（FBD）、梯形圖（LD）、順序功能圖（SFC）、連續(xù)功能圖（CFC）等六種編程語言，完全符合IEC61131-3[4]。指令豐富，支持多種數(shù)據(jù)類型，具有軟件仿真、在線調(diào)試及程序檢查等功能，這里使用結(jié)構(gòu)化文本（ST）語言進(jìn)行編程。實(shí)際的變量聲明與程序如下圖6所示。PLC通過Profibus-DP通訊模塊可以直接讀取變頻器的狀態(tài)字并為變頻器寫入控制字，通訊程序簡(jiǎn)單易懂。

圖6通訊程序

3 ACS850變頻器及其參數(shù)設(shè)置

3.1ACS850變頻器概述

ACS850變頻器是ABB工業(yè)傳動(dòng)為了滿足機(jī)械制造商、系統(tǒng)集成商、控制板制造商和各種行業(yè)的最終用戶的生產(chǎn)和性能需要設(shè)計(jì)的，特別適用于起重機(jī)、擠壓機(jī)、絞車、輸送機(jī)、卷曲機(jī)、泵、風(fēng)機(jī)和工業(yè)混合應(yīng)用。ACS850的特點(diǎn)有：模塊化緊湊型設(shè)計(jì)，尺寸小、兼容異步電機(jī)和永磁同步電機(jī)、不同的通訊可選件、一體化的安全力矩中斷功能、變頻器與變頻器接連，D2D通訊方式，等[5]。

3.2ACS850變頻器參數(shù)設(shè)置

ACS850變頻器與PLC通過Profibus-DP現(xiàn)場(chǎng)總線連接成網(wǎng)絡(luò)后，除在CBP軟件中進(jìn)行硬件組態(tài)、在CoDeSys軟件中編寫控制程序之外，變頻器上也要進(jìn)行適當(dāng)?shù)膮?shù)設(shè)置。除了常用的參數(shù)外，基本的通訊參數(shù)設(shè)置如表1所示。其中99組參數(shù)為啟動(dòng)參數(shù)，需要按照異步電機(jī)的額定參數(shù)設(shè)置即可，Profibus-DP通訊需要設(shè)置的參數(shù)組為50組現(xiàn)場(chǎng)總線、51組總線適配器設(shè)置、52組總裁輸入?yún)?shù)、53組總線輸出參數(shù)等。

表1ACS850變頻器參數(shù)

4結(jié)果分析

在CoDeSys軟件中的工具欄中點(diǎn)擊“聯(lián)機(jī)”-“通訊參數(shù)”，設(shè)置好PLC的通訊參數(shù)，然后點(diǎn)擊“聯(lián)機(jī)”-“登錄”將編寫好的程序下載到AC500PLC的CPU中，將CPU打到“運(yùn)行”狀態(tài)，連接好PLC與ACS850變頻器通訊電纜之后，PLC與變頻器即可進(jìn)行實(shí)時(shí)的Profibus-DP通訊。可在“運(yùn)行”界面中為變頻器寫入“起動(dòng)”、“停止”命令和“速度”值，并且可以監(jiān)視電機(jī)實(shí)際的反饋值。“CtrWord”表示16位的控制字，通常使用的控制字有：16#47E，表示變頻器準(zhǔn)備合閘；16#47F，表示變頻器開始運(yùn)行。

“SpdSet”表示PLC為變頻器寫入的速度值，即可以通過給“SpdSet”寫入值的方式直接改變變頻器的速度。在監(jiān)控狀態(tài)下給定值±20000（十進(jìn)制）對(duì)應(yīng)正反兩個(gè)方向的電機(jī)最大轉(zhuǎn)速1500RPM（由參數(shù)1901設(shè)定）。

“StuWord”表示從變頻器反饋的狀態(tài)字，在PLC聯(lián)機(jī)-登陸的狀態(tài)下可以直接監(jiān)控該值，判斷變頻器實(shí)際的工作狀態(tài)。

“ActSpd”表示變頻器實(shí)際的速度值，在PLC聯(lián)機(jī)-登陸的狀態(tài)下可以直接監(jiān)控該值，判斷變頻器實(shí)際的運(yùn)行速度。

經(jīng)過實(shí)驗(yàn)的測(cè)試，PLC與變頻器通訊正常，所編寫的程序簡(jiǎn)單、容易掌握，所需的工作量小。經(jīng)驗(yàn)證本方法方便并且有效。

5結(jié)束語

PLC和變頻器控制系統(tǒng)采用了Profibus-DP現(xiàn)場(chǎng)總線控制形式以后，不但整個(gè)系統(tǒng)接線變簡(jiǎn)單，而且系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，通訊速度快，操作簡(jiǎn)單，反饋的信息全面，可以實(shí)時(shí)掌握變頻器的各種狀態(tài)信息。本系統(tǒng)還可以用于ABBAC500PLC和ACS850變頻器的通訊測(cè)試實(shí)驗(yàn)，不需要任何附加的設(shè)備即可對(duì)ABBPLC和變頻器的通訊功能進(jìn)行測(cè)試，節(jié)省了成本和工作量。具有一定的實(shí)際意義，可用于實(shí)際工程中。

參考文獻(xiàn)

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[3]MatthiasSeitz.可編程序控制器應(yīng)用教程[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009:32-35.

[4]北京ABB電氣傳動(dòng)系統(tǒng)有限公司.PS501ControlBuilderPlus_V2.2.0軟件手冊(cè)[Z].2012.

[5]北京ABB電氣傳動(dòng)系統(tǒng)有限公司.ABBACS850標(biāo)準(zhǔn)控制程序固件手冊(cè)（版本B）[Z].2012.

作者簡(jiǎn)介：孟彥京（1956-），男，教授，碩士研究生導(dǎo)師，研究方向?yàn)殡娏﹄娮优c電力傳動(dòng)；崔文（1987-），男，碩士研究生，研究方向?yàn)殡娏﹄娮优c電力傳動(dòng)。

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