王華權(quán)

MD880變頻器在AC450控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

王華權(quán)

（湖南華菱湘潭鋼鐵有限公司，湖南 湘潭 411101）

為了解決寬厚板轉(zhuǎn)鋼輥道的變頻器故障易發(fā)的問題，需要對ABB變頻器進(jìn)行擴(kuò)容改造，分析MD880變頻器替代ABB變頻器的可行性。本文介紹了系統(tǒng)改造方案、AC450硬件配置，并對軟件組態(tài)中的參數(shù)設(shè)置進(jìn)行詳細(xì)說明，通過Profibus-DP通信實現(xiàn)了AC450系統(tǒng)與MD880變頻器的控制，從而替代ACS800變頻器，目前系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠。

AC450；Profibus-DP；MD880；變頻器；組態(tài)

0 引言

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，變頻器頻繁報過載且經(jīng)常燒損[1-4]，由于ACS800產(chǎn)品已停產(chǎn)，備件價格昂貴，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（傳動側(cè)）和E3b（操作側(cè)）兩組輥道，其中E3a共6臺電動機(jī)，由1臺ACS800驅(qū)動；E3b共7臺電動機(jī)，由2臺ACS800驅(qū)動。電動機(jī)的額定功率為45kW，額定電流為91.2A，對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），過載電流實測為920～1 200A。ACS800過載能力為813A（=554A×1.5），故不能滿足現(xiàn)場實際最大過載要求。經(jīng)過選型[5]，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)對比見表1。表中，N、max、N分別為變頻器額定電流、最大電流、額定有功功率；Ld、Ld和Hd、Hd分別為輕過載和重過載時變頻器輸出電流、輸出功率。MD880變頻器的過載能力為1 704A（=568A×2×1.5），滿足現(xiàn)場需求。

表1 ACS800和MD880變頻器參數(shù)對比

2 系統(tǒng)改造方案及硬件配置

在ACS800變頻控制柜旁邊，設(shè)置一個切換柜和一個MD880變頻器控制柜。當(dāng)MD880或ACS800中任何一個設(shè)備出現(xiàn)故障時，可以迅速切換到另一個設(shè)備驅(qū)動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)場總線適配模塊HDP-10上[6]，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圖

3 AC450系統(tǒng)軟件組態(tài)

實現(xiàn)AC450和MD880的Profibus-DP通信，需要對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：總線PB、從站特性描述PBSD和從站PBS，分別完成對總線、從站特性描述和從站組態(tài)。PC組態(tài)主要負(fù)責(zé)對從站讀寫具體數(shù)據(jù)信息[7-10]。組態(tài)前要先通過命令DIMDB確認(rèn)該CPU的節(jié)點已經(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?？偩€號，范圍為1～255，不要與本系統(tǒng)中其他的總線號沖突。

圖2 總線PB的參數(shù)配置

2）STNNO。站號，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)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），每個UPRMD可書寫最大20個數(shù)字，一個不夠可在下一個繼續(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。

圖3 從站特性描述PBSD的參數(shù)配置

3）數(shù)據(jù)模塊參數(shù)（Cfg_Data）。與實際使用的數(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MD880從站的輸出區(qū)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)為：第一個字為變頻器的主控制字；第二個字為變頻器的速度給定值。AC450主站對MD880從站的輸入?yún)^(qū)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)為：第一個字為變頻器的主狀態(tài)字；第二個字為變頻器的輔助狀態(tài)字；第三個字為變頻器的實際速度值；第四個字為變頻器的實際轉(zhuǎn)矩值。所以選擇PPO4通信結(jié)構(gòu)，MD880的GSD文件中對應(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對應(yīng)于Module定義的十六進(jìn)制數(shù)的個數(shù)，CFGD1～CFGD25則對應(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，接著對具體的從站進(jìn)行組態(tài)，即創(chuàng)建一個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)增加從站站點時，新增PBS的IMPL端必須在PB元素的IMPL端置1之前設(shè)置為1，否則該站點不工作。因此，建立從站站點的步驟為：

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，并輸入BUSNO（總線號，與前面PB元素的總線號對應(yīng)）、STNNO（從站號，對應(yīng)變頻器的DP地址）和REFDESC（從站描述索引，對應(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以啟動該總線和激活站點。

圖4 從站PBS的參數(shù)配置

3.4 程序PC實現(xiàn)

在AC450 PLC程序里，使用PC元素PB-R從變頻器站點讀取所需的數(shù)據(jù)，PB-S給變頻器站點進(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定和反饋信號正確無誤。經(jīng)過上述設(shè)置，MD880可以保證其對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應(yīng)的變頻器，同時選擇相應(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

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Application of MD880 inverter in AC450 control system

WANG Huaquan

(Xiangtan Iron & Steel Co., Ltd. of Hu’nan Valin, Xiangtan, Hu’nan 411101)

In order to solve the problem that the inverter of the heavy plate to the steel roller table is easy to fail, it is necessary to expand the capacity of the ABB inverter and analyze the feasibility of the MD880 inverter to replace the ABB inverter. This paper introduces the system renovation plan, the AC450 hardware configuration, and explains the parameter setting in the software configuration in detail. The AC450 system and MD880 inverter are controlled through Profibus-DP communication, which replaces the ACS800 inverter. The current system is stable and reliable.

AC450; Profibus-DP; MD880; inverter; configuration

2021-01-08

2021-02-02

王華權(quán)（1982—），男，碩士，工程師，主要從事電氣設(shè)備運(yùn)行、改造和管理工作。