提高熱電廠卸煤系統對變頻器控制的可靠性

潘光敏

摘 要：在現代化工業控制系統中，PLC對變頻器的控制普遍存在，而且PLC控制變頻器的方法有很多種，由早期的硬接線控制方式發展到如今通過通訊方式進行控制。RS485是一種最原始、使用最廣泛的工業總線通訊方式，但是由于抗干擾能力差、通訊速度慢、安全性弱等一系列技術問題。為了克服上述通訊方式中存在的各種問題，從設備在運行過程中的重要性和安全性角度考慮，我公司采用西門子S7-300 PLC和美國ABB公司生產的ACS800系列變頻器，通過PROFIBUS-DP通訊方式，實現對電機的控制。

關鍵詞：PLC；ABB變頻器；PROFIBUS-DP；控制

我公司的火車卸煤系統主要由翻車機、撥車機、遷車臺、推車機等重要設備組成，是一種自動化程度極高的卸煤系統，可連續翻卸幾十節由火車運輸來的裝煤車廂。由于安全可靠性要求較高，因此采用西門子S7-300 PLC作為主控單元， 2臺45KW電機、2臺ABB變頻器ACS800系列實現對翻車機電機的控制。

為了防止出現通訊故障而影響設備的正常運行、燃料的供應不足等一系列問題，同時設計了一套硬接線的控制回路。當通訊故障時，可在PLC程序中對控制方式進行切換操作，使用硬接線對翻車機的變頻器、電機等進行控制。

1 ABB變頻器ACS800的工作原理和控制過程

1.1 工作原理

ABB變頻器ACS800系列的控制采用轉矩作為其核心控制原理，而轉矩控制技術是在變頻器內部建立了一個交流異步電動機的軟件數學模型，根據實測的直流母線電壓、開關狀態和電流計算出一組精確的電機轉矩和定子磁通實際值，并將這些參數值應用于控制輸出單元的開關狀態，變頻器的每一次開關狀態都是單獨確定的，可以實現最佳的開關組合并對負載變化作出快速地轉矩響應，實現了對電動機轉矩和轉速的實時控制。

在控制應用中，外部信號（包括起動、停止、給定信號等）只與主機變頻器相連，主機通過光纖將從機控制字和轉速給定值、轉矩給定值廣播給所有的從機，實現對從機的控制。從機一般不通過主從通訊鏈路向主機發送任何反饋數據，從機的故障信號單獨連至主機的運行使能信號端，形成聯鎖。一旦發生故障，聯鎖將停止主機和從機的運行。

1.2 控制過程

隨著工業自動化技術的蓬勃發展，由于變頻器性能穩定、節能、性價比高等優點，在工業領域中得到廣泛的應用。在火車卸煤系統的翻車機電氣控制上要求驅動電機轉矩或轉速嚴格同步，否則無法保證系統的正常運行。而在實際生產中，有許多因素會干擾電機的同步控制，例如頻率的變化、負載的突變等。為了得到理想的同步控制效果，我公司采用PROFIBUS-DP現場總線通訊，通過變頻器的I/O接口控制電機的啟動、停止、改變旋轉方向以及調節電機轉速，通過數字輸入和模擬輸入來控制轉動單元。

2 通過PROFIBUS-DP通訊、硬接線對變頻器的控制

2.1 采用PROFIBUS-DP通訊方式

操作員在上位機進行操作時，輸出信號由西門子S7-300的CPU模塊通過PROFIBUS-DP現場總線傳送到DP適配器，然后由DP適配器通過光纖與變頻器進行通訊，2臺變頻器之間通過PROFIBUS-DP現場總線互連，實現系統對變頻器的同步控制。如圖1所示。

2.2 采用硬接線通訊方式

操作員在上位機進行操作時，輸出信號由西門子S7-300的AO或DO模塊通過電纜線接到相應信號繼電器KA，然后繼電器的觸點信號傳送到DP適配器的接線端子，最后DP適配器通過光纖與變頻器進行通訊，2臺變頻器之間通過PROFIBUS-DP現場總線互連， 實現系統對變頻器的同步控制。

3 在西門子S7-300程序中實現變頻器控制方式的切換

當西門子S7-300的CPU模塊與DP適配器、2臺變頻器之間PROFIBUS-DP通訊故障時，為了不影響卸煤系統的正常運行和保證生產中燃料的充足供應，及時恢復控制系統對翻車機變頻器的控制，可以在PLC程序中將常閉點M1011.2更改為常開點，實現硬接線的控制方式。

4 結束語

PLC與變頻器之間采用PROFIBUS-DP的通訊方式和硬接線的控制方式，是一種實現對變頻器安全、可靠的最佳選擇方案，不僅能夠保證多臺變頻器的同步運行，減少了設備因不同步、負載分配不平衡而導致系統故障的發生，而且保證了生產的正常高效運行。

參考文獻

[1]廖常初.PLC編程及應用[M].北京：機械工業出版社，2002.

[2]中國機電一體化技術應用協會譯，運用PROFIBUS-DP實現分散自動化.北京.

[3]ACS800-01/U1傳動單元硬件手冊.北京：北京ABB電氣傳動系統有限公司，2009.endprint

摘 要：在現代化工業控制系統中，PLC對變頻器的控制普遍存在，而且PLC控制變頻器的方法有很多種，由早期的硬接線控制方式發展到如今通過通訊方式進行控制。RS485是一種最原始、使用最廣泛的工業總線通訊方式，但是由于抗干擾能力差、通訊速度慢、安全性弱等一系列技術問題。為了克服上述通訊方式中存在的各種問題，從設備在運行過程中的重要性和安全性角度考慮，我公司采用西門子S7-300 PLC和美國ABB公司生產的ACS800系列變頻器，通過PROFIBUS-DP通訊方式，實現對電機的控制。

關鍵詞：PLC；ABB變頻器；PROFIBUS-DP；控制

我公司的火車卸煤系統主要由翻車機、撥車機、遷車臺、推車機等重要設備組成，是一種自動化程度極高的卸煤系統，可連續翻卸幾十節由火車運輸來的裝煤車廂。由于安全可靠性要求較高，因此采用西門子S7-300 PLC作為主控單元， 2臺45KW電機、2臺ABB變頻器ACS800系列實現對翻車機電機的控制。

為了防止出現通訊故障而影響設備的正常運行、燃料的供應不足等一系列問題，同時設計了一套硬接線的控制回路。當通訊故障時，可在PLC程序中對控制方式進行切換操作，使用硬接線對翻車機的變頻器、電機等進行控制。

1 ABB變頻器ACS800的工作原理和控制過程

1.1 工作原理

ABB變頻器ACS800系列的控制采用轉矩作為其核心控制原理，而轉矩控制技術是在變頻器內部建立了一個交流異步電動機的軟件數學模型，根據實測的直流母線電壓、開關狀態和電流計算出一組精確的電機轉矩和定子磁通實際值，并將這些參數值應用于控制輸出單元的開關狀態，變頻器的每一次開關狀態都是單獨確定的，可以實現最佳的開關組合并對負載變化作出快速地轉矩響應，實現了對電動機轉矩和轉速的實時控制。

在控制應用中，外部信號（包括起動、停止、給定信號等）只與主機變頻器相連，主機通過光纖將從機控制字和轉速給定值、轉矩給定值廣播給所有的從機，實現對從機的控制。從機一般不通過主從通訊鏈路向主機發送任何反饋數據，從機的故障信號單獨連至主機的運行使能信號端，形成聯鎖。一旦發生故障，聯鎖將停止主機和從機的運行。

1.2 控制過程

隨著工業自動化技術的蓬勃發展，由于變頻器性能穩定、節能、性價比高等優點，在工業領域中得到廣泛的應用。在火車卸煤系統的翻車機電氣控制上要求驅動電機轉矩或轉速嚴格同步，否則無法保證系統的正常運行。而在實際生產中，有許多因素會干擾電機的同步控制，例如頻率的變化、負載的突變等。為了得到理想的同步控制效果，我公司采用PROFIBUS-DP現場總線通訊，通過變頻器的I/O接口控制電機的啟動、停止、改變旋轉方向以及調節電機轉速，通過數字輸入和模擬輸入來控制轉動單元。

2 通過PROFIBUS-DP通訊、硬接線對變頻器的控制

2.1 采用PROFIBUS-DP通訊方式

操作員在上位機進行操作時，輸出信號由西門子S7-300的CPU模塊通過PROFIBUS-DP現場總線傳送到DP適配器，然后由DP適配器通過光纖與變頻器進行通訊，2臺變頻器之間通過PROFIBUS-DP現場總線互連，實現系統對變頻器的同步控制。如圖1所示。

2.2 采用硬接線通訊方式

操作員在上位機進行操作時，輸出信號由西門子S7-300的AO或DO模塊通過電纜線接到相應信號繼電器KA，然后繼電器的觸點信號傳送到DP適配器的接線端子，最后DP適配器通過光纖與變頻器進行通訊，2臺變頻器之間通過PROFIBUS-DP現場總線互連， 實現系統對變頻器的同步控制。

3 在西門子S7-300程序中實現變頻器控制方式的切換

當西門子S7-300的CPU模塊與DP適配器、2臺變頻器之間PROFIBUS-DP通訊故障時，為了不影響卸煤系統的正常運行和保證生產中燃料的充足供應，及時恢復控制系統對翻車機變頻器的控制，可以在PLC程序中將常閉點M1011.2更改為常開點，實現硬接線的控制方式。

4 結束語

PLC與變頻器之間采用PROFIBUS-DP的通訊方式和硬接線的控制方式，是一種實現對變頻器安全、可靠的最佳選擇方案，不僅能夠保證多臺變頻器的同步運行，減少了設備因不同步、負載分配不平衡而導致系統故障的發生，而且保證了生產的正常高效運行。

參考文獻

[1]廖常初.PLC編程及應用[M].北京：機械工業出版社，2002.

[2]中國機電一體化技術應用協會譯，運用PROFIBUS-DP實現分散自動化.北京.

[3]ACS800-01/U1傳動單元硬件手冊.北京：北京ABB電氣傳動系統有限公司，2009.endprint

摘 要：在現代化工業控制系統中，PLC對變頻器的控制普遍存在，而且PLC控制變頻器的方法有很多種，由早期的硬接線控制方式發展到如今通過通訊方式進行控制。RS485是一種最原始、使用最廣泛的工業總線通訊方式，但是由于抗干擾能力差、通訊速度慢、安全性弱等一系列技術問題。為了克服上述通訊方式中存在的各種問題，從設備在運行過程中的重要性和安全性角度考慮，我公司采用西門子S7-300 PLC和美國ABB公司生產的ACS800系列變頻器，通過PROFIBUS-DP通訊方式，實現對電機的控制。

關鍵詞：PLC；ABB變頻器；PROFIBUS-DP；控制

我公司的火車卸煤系統主要由翻車機、撥車機、遷車臺、推車機等重要設備組成，是一種自動化程度極高的卸煤系統，可連續翻卸幾十節由火車運輸來的裝煤車廂。由于安全可靠性要求較高，因此采用西門子S7-300 PLC作為主控單元， 2臺45KW電機、2臺ABB變頻器ACS800系列實現對翻車機電機的控制。

為了防止出現通訊故障而影響設備的正常運行、燃料的供應不足等一系列問題，同時設計了一套硬接線的控制回路。當通訊故障時，可在PLC程序中對控制方式進行切換操作，使用硬接線對翻車機的變頻器、電機等進行控制。

1 ABB變頻器ACS800的工作原理和控制過程

1.1 工作原理

ABB變頻器ACS800系列的控制采用轉矩作為其核心控制原理，而轉矩控制技術是在變頻器內部建立了一個交流異步電動機的軟件數學模型，根據實測的直流母線電壓、開關狀態和電流計算出一組精確的電機轉矩和定子磁通實際值，并將這些參數值應用于控制輸出單元的開關狀態，變頻器的每一次開關狀態都是單獨確定的，可以實現最佳的開關組合并對負載變化作出快速地轉矩響應，實現了對電動機轉矩和轉速的實時控制。

在控制應用中，外部信號（包括起動、停止、給定信號等）只與主機變頻器相連，主機通過光纖將從機控制字和轉速給定值、轉矩給定值廣播給所有的從機，實現對從機的控制。從機一般不通過主從通訊鏈路向主機發送任何反饋數據，從機的故障信號單獨連至主機的運行使能信號端，形成聯鎖。一旦發生故障，聯鎖將停止主機和從機的運行。

1.2 控制過程

隨著工業自動化技術的蓬勃發展，由于變頻器性能穩定、節能、性價比高等優點，在工業領域中得到廣泛的應用。在火車卸煤系統的翻車機電氣控制上要求驅動電機轉矩或轉速嚴格同步，否則無法保證系統的正常運行。而在實際生產中，有許多因素會干擾電機的同步控制，例如頻率的變化、負載的突變等。為了得到理想的同步控制效果，我公司采用PROFIBUS-DP現場總線通訊，通過變頻器的I/O接口控制電機的啟動、停止、改變旋轉方向以及調節電機轉速，通過數字輸入和模擬輸入來控制轉動單元。

2 通過PROFIBUS-DP通訊、硬接線對變頻器的控制

2.1 采用PROFIBUS-DP通訊方式

操作員在上位機進行操作時，輸出信號由西門子S7-300的CPU模塊通過PROFIBUS-DP現場總線傳送到DP適配器，然后由DP適配器通過光纖與變頻器進行通訊，2臺變頻器之間通過PROFIBUS-DP現場總線互連，實現系統對變頻器的同步控制。如圖1所示。

2.2 采用硬接線通訊方式

操作員在上位機進行操作時，輸出信號由西門子S7-300的AO或DO模塊通過電纜線接到相應信號繼電器KA，然后繼電器的觸點信號傳送到DP適配器的接線端子，最后DP適配器通過光纖與變頻器進行通訊，2臺變頻器之間通過PROFIBUS-DP現場總線互連， 實現系統對變頻器的同步控制。

3 在西門子S7-300程序中實現變頻器控制方式的切換

當西門子S7-300的CPU模塊與DP適配器、2臺變頻器之間PROFIBUS-DP通訊故障時，為了不影響卸煤系統的正常運行和保證生產中燃料的充足供應，及時恢復控制系統對翻車機變頻器的控制，可以在PLC程序中將常閉點M1011.2更改為常開點，實現硬接線的控制方式。

4 結束語

PLC與變頻器之間采用PROFIBUS-DP的通訊方式和硬接線的控制方式，是一種實現對變頻器安全、可靠的最佳選擇方案，不僅能夠保證多臺變頻器的同步運行，減少了設備因不同步、負載分配不平衡而導致系統故障的發生，而且保證了生產的正常高效運行。

參考文獻

[1]廖常初.PLC編程及應用[M].北京：機械工業出版社，2002.

[2]中國機電一體化技術應用協會譯，運用PROFIBUS-DP實現分散自動化.北京.

[3]ACS800-01/U1傳動單元硬件手冊.北京：北京ABB電氣傳動系統有限公司，2009.endprint