AC450（advant controller 450）是ABB公司的一種大型邏輯控制器，廣泛應(yīng)用在冶金、化工、汽車等行業(yè)。湘鋼寬厚板生產(chǎn)線的輥道傳動(dòng)由AC450控制ACS800變頻器，在粗軋軋制過程中，軋機(jī)入口的E3輥道作為轉(zhuǎn)鋼輥道，變頻器頻繁報(bào)過載且經(jīng)常燒損，由于ACS800產(chǎn)品已停產(chǎn)，備件價(jià)格昂貴，采購周期長，導(dǎo)致維護(hù)成本增加。因此，迫切需要將E3輥道的ACS800變頻器進(jìn)行國產(chǎn)化和擴(kuò)容改造，保證生產(chǎn)線的穩(wěn)定運(yùn)行。

1 設(shè)備現(xiàn)狀和選型

寬厚板粗軋入口E3轉(zhuǎn)鋼輥道為錐形輥，用于軋制鋼板的轉(zhuǎn)向和傳輸。E3輥道分為E3a（傳動(dòng)側(cè)）和E3b（操作側(cè)）兩組輥道，其中E3a共6臺(tái)電動(dòng)機(jī)，由1臺(tái)ACS800驅(qū)動(dòng)；E3b共7臺(tái)電動(dòng)機(jī)，由2臺(tái)ACS800驅(qū)動(dòng)。

電動(dòng)機(jī)的額定功率為45kW，額定電流為91.2A，對(duì)E3a的過載能力進(jìn)行分析：額定功率為270kW（=45kW×6），額定電流為547.2A（=91.2A×6），過載電流實(shí)測(cè)為920～1 200A。ACS800過載能力為813A（=554A×1.5），故不能滿足現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際最大過載要求。

經(jīng)過選型，選擇國產(chǎn)匯川的MD880變頻器替代現(xiàn)有的ACS800變頻器，兩種變頻器參數(shù)對(duì)比見表1。表中，IN、Imax、PN分別為變頻器額定電流、最大電流、額定有功功率；ILd、PLd和IHd、PHd分別為輕過載和重過載時(shí)變頻器輸出電流、輸出功率。MD880變頻器的過載能力為1 704A（=568A×2×1.5），滿足現(xiàn)場(chǎng)需求。

表1 ACS800和MD880變頻器參數(shù)對(duì)比

2 系統(tǒng)改造方案及硬件配置

在ACS800變頻控制柜旁邊，設(shè)置一個(gè)切換柜和一個(gè)MD880變頻器控制柜。當(dāng)MD880或ACS800中任何一個(gè)設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)，可以迅速切換到另一個(gè)設(shè)備驅(qū)動(dòng)E3a輥道，保證快速恢復(fù)生產(chǎn)。切換柜內(nèi)負(fù)荷隔離開關(guān)由手柄操作合分，接觸器由柜門轉(zhuǎn)換開關(guān)操作合分。

在AC450系統(tǒng)中，原ACS800的AF100通信保持不變，在擴(kuò)展槽的子模塊上增加CI541 DP通信板卡，該卡通過Profibus-DP電纜連接到MD880變頻器控制柜里的現(xiàn)場(chǎng)總線適配模塊HDP-10上，建立AC450可編程邏輯控制器（programmable logic controller, PLC）與MD880變頻器之間的Profibus- DP通信連接，其中AC450為主站，MD880為從站，改造后AC450控制變頻器的通信示意圖如圖1所示。

圖1 改造后AC450控制變頻器的通信示意

?3 AC450系統(tǒng)軟件組態(tài)

實(shí)現(xiàn)AC450和MD880的Profibus-DP通信，需要對(duì)AC450 PLC進(jìn)行軟件組態(tài)，其組態(tài)分為數(shù)據(jù)庫DB組態(tài)和程序PC組態(tài)兩部分。DB組態(tài)是對(duì)通信硬件系統(tǒng)進(jìn)行配置，與Profibus-DP有關(guān)的數(shù)據(jù)庫元素有3個(gè)：總線PB、從站特性描述PBSD和從站PBS，分別完成對(duì)總線、從站特性描述和從站組態(tài)。

PC組態(tài)主要負(fù)責(zé)對(duì)從站讀寫具體數(shù)據(jù)信息。組態(tài)前要先通過命令DIMDB確認(rèn)該CPU的節(jié)點(diǎn)已經(jīng)定義PB、PBS和PBSD元素的數(shù)量，才能創(chuàng)建相應(yīng)數(shù)量的DB元素，否則需要在配置模式下重新定義相應(yīng)元素的數(shù)量。

3.1 總線PB的組態(tài)

總線PB的參數(shù)配置如圖2所示。先在數(shù)據(jù)庫中創(chuàng)建CI541后得到PB元素，需配置以下參數(shù)：

1）BUSNO。總線號(hào)，范圍為1～255，不要與本系統(tǒng)中其他的總線號(hào)沖突。

圖2 總線PB的參數(shù)配置

2）STNNO。站號(hào)，即CI541的主站地址，范圍為1～125，不要與總線上其他從站的站號(hào)沖突。

3）POSITION。CI541卡在AC450機(jī)架上的位置，由左往右從1開始數(shù)的卡槽位。

4）SUBPOS。CI541卡在AC450機(jī)架上的子模塊的槽位數(shù)，裝在上面為1，下面為2。

5）總線參數(shù)部分，一般均使用系統(tǒng)默認(rèn)值，其中參數(shù)BAUDRATE為波特率，應(yīng)當(dāng)根據(jù)該網(wǎng)段DP電纜的總長度和中繼器配置合理設(shè)置。

3.2 從站特性描述PBSD的配置

AC450 PLC不能通過導(dǎo)入通用站說明（general station description, GSD）文件自動(dòng)獲取從站的具體信息，只能通過創(chuàng)建和修改PBSD元素，將從站的GSD文件的一些具體參數(shù)在PLC中進(jìn)行手動(dòng)設(shè)置，即進(jìn)行從站特性描述的配置。

GSD文件是Profibus設(shè)備制造商提供的描述其某一設(shè)備的各種性能參數(shù)的文本文件，它包括所有與該設(shè)備有關(guān)的參數(shù)。MD880需要根據(jù)其GSD文件里的各項(xiàng)具體內(nèi)容在程序中進(jìn)行說明。

創(chuàng)建的PBSD分為三部分：從站參數(shù)、用戶參數(shù)、數(shù)據(jù)模塊參數(shù)。從站特性描述PBSD的參數(shù)配置如圖3所示。PBSD元素的參數(shù)配置說明見表2，其中WDFACT1和WDFACT2的推薦值見表3。

1）從站參數(shù)（Slave parameter）。根據(jù)表2從MD880的GSD文件中取得正確的參數(shù)并進(jìn)行設(shè)置。

2）用戶參數(shù)（User_Prm_Data）。在組態(tài)時(shí)設(shè)定的設(shè)備工作參數(shù)，其值的意義由廠商確定。根據(jù)

圖3 從站特性描述PBSD的參數(shù)配置

?關(guān)鍵字User_Prm_Data或Ext_User_Prm_Data_Ref( )指定的參數(shù)值設(shè)置UPRMD1～UPRMD25對(duì)應(yīng)的一組十六進(jìn)制數(shù)，這些數(shù)字連續(xù)書寫（去掉“0x”標(biāo)識(shí)），每個(gè)UPRMD可書寫最大20個(gè)數(shù)字，一個(gè)不夠可在下一個(gè)繼續(xù)寫。

為了便于區(qū)分，也可以根據(jù)參數(shù)的具體含義分組，每組占用一個(gè)UPRMD。根據(jù)GSD文件中的關(guān)鍵字User_Prm_Data_Len或UPRMD中的十六進(jìn)制數(shù)的組數(shù)設(shè)置UPRMDLEN的值。

3）數(shù)據(jù)模塊參數(shù)（Cfg_Data）。與實(shí)際使用的數(shù)據(jù)有關(guān)，即主站與從站接收和發(fā)送數(shù)據(jù)的數(shù)量和格式。PLC與變頻器的參數(shù)過程數(shù)據(jù)對(duì)象（parameter process data object, PPO）通信協(xié)議根據(jù)要通信的數(shù)據(jù)進(jìn)行選擇。AC450主站對(duì)MD880從站的輸出區(qū)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)為：第一個(gè)字為變頻器的主控制字；第二個(gè)字為變頻器的速度給定值。

AC450主站對(duì)MD880從站的輸入?yún)^(qū)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)為：第一個(gè)字為變頻器的主狀態(tài)字；第二個(gè)字為變頻器的輔助狀態(tài)字；第三個(gè)字為變頻器的實(shí)際速度值；第四個(gè)字為變頻器的實(shí)際轉(zhuǎn)矩值。

所以選擇PPO4通信結(jié)構(gòu)，MD880的GSD文件中對(duì)應(yīng)模塊的字段為：Module="PPO-04, 0PKW+6PZD" 0x00, 0xF5。則Cfg_Data參數(shù)中，配置數(shù)據(jù)長度CFGDLEN對(duì)應(yīng)于Module定義的十六進(jìn)制數(shù)的個(gè)數(shù)，CFGD1～CFGD25則對(duì)應(yīng)著這些十六進(jìn)制數(shù)，即CFGDLEN=2，CFGD1=00F5。

表2 PBSD元素的參數(shù)配置說明

表3 WDFACT1和WDFACT2的推薦值

3.3 從站PBS的組態(tài)

從站特性描述的配置完成后，接著對(duì)具體的從站進(jìn)行組態(tài)，即創(chuàng)建一個(gè)PBS元素。在AC450系統(tǒng)中，PB元素的執(zhí)行端（即IMPL端）和PBS的IMPL端有很強(qiáng)的依賴性，當(dāng)增加從站站點(diǎn)時(shí)，新增PBS的IMPL端必須在PB元素的IMPL端置1之前設(shè)置為1，否則該站點(diǎn)不工作。因此，建立從站站點(diǎn)的步驟為：

1）把相應(yīng)PB總線的IMPL端設(shè)置為0。

2）創(chuàng)建從站，即增加PBS站點(diǎn)，并輸入BUSNO（總線號(hào)，與前面PB元素的總線號(hào)對(duì)應(yīng)）、STNNO（從站號(hào)，對(duì)應(yīng)變頻器的DP地址）和REFDESC（從站描述索引，對(duì)應(yīng)前面創(chuàng)建的PBSD元素的名稱），從站PBS的參數(shù)配置如圖4所示。

3）把該P(yáng)BS元素的IMPL端設(shè)置為1（默認(rèn)值）。

4）把相應(yīng)PB總線的IMPL端重新設(shè)置為1以啟動(dòng)該總線和激活站點(diǎn)。

圖4 從站PBS的參數(shù)配置

3.4 程序PC實(shí)現(xiàn)

在AC450 PLC程序里，使用PC元素PB-R從變頻器站點(diǎn)讀取所需的數(shù)據(jù)，PB-S給變頻器站點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送，另外還可以通過PB-DIAG命令進(jìn)行診斷數(shù)據(jù)的讀取。

MD880采用了位字連接器的方式，可以靈活配置控制字和狀態(tài)字，保持與原ACS800變頻器一致。另外，ACS800和MD880中100%對(duì)應(yīng)的值不一樣，需要設(shè)置好通信基值，保證MD880與PLC間傳輸?shù)慕o定和反饋信號(hào)正確無誤。

經(jīng)過上述設(shè)置，MD880可以保證其對(duì)PLC的通信接口與ACS800完全相同，從而通過增加選擇按鈕來選擇將控制字和給定速度送到對(duì)應(yīng)的變頻器，同時(shí)選擇相應(yīng)變頻器的反饋數(shù)據(jù)作為程序使用數(shù)據(jù)。最后經(jīng)過E3兩組輥道速度曲線的比較，調(diào)整相應(yīng)的參數(shù)，使速度曲線一致，E3輥道的兩組變頻器的速度曲線如圖5所示。

?4 結(jié)論

經(jīng)過E3輥道變頻器的國產(chǎn)化和擴(kuò)容改造，將國產(chǎn)變頻器通過Profibus-DP技術(shù)應(yīng)用在ABB的控制系統(tǒng)中，大大降低了設(shè)備的維護(hù)成本。改造后的MD880變頻器運(yùn)行穩(wěn)定可靠，避免了變頻器故障易發(fā)的狀況，確保生產(chǎn)線的穩(wěn)定運(yùn)行，同時(shí)為以后變頻器的國產(chǎn)化及改造提供了參考。

圖5 E3輥道的兩組變頻器的速度曲線

?本文編自2021年第8期《電氣技術(shù)》，論文標(biāo)題為“MD880變頻器在AC450控制系統(tǒng)中的應(yīng)用”，作者為王華權(quán)。