提高热电厂卸煤系统对变频器控制的可靠性

摘 要：在现代化工业控制系统中，PLC对变频器的控制普遍存在，而且PLC控制变频器的方法有很多种，由早期的硬接线控制方式发展到如今通过通讯方式进行控制。RS485是一种最原始、使用最广泛的工业总线通讯方式，但是由于抗干扰能力差、通讯速度慢、安全性弱等一系列技术问题。为了克服上述通讯方式中存在的各种问题，从设备在运行过程中的重要性和安全性角度考虑，我公司采用西门子S7-300 PLC和美国ABB公司生产的ACS800系列变频器，通过PROFIBUS-DP通讯方式，实现对电机的控制。

关键词：PLC；ABB变频器；PROFIBUS-DP；控制

我公司的火车卸煤系统主要由翻车机、拨车机、迁车台、推车机等重要设备组成，是一种自动化程度极高的卸煤系统，可连续翻卸几十节由火车运输来的装煤车厢。由于安全可靠性要求较高，因此采用西门子S7-300 PLC作为主控单元， 2台45KW电机、2台ABB变频器ACS800系列实现对翻车机电机的控制。

为了防止出现通讯故障而影响设备的正常运行、燃料的供应不足等一系列问题，同时设计了一套硬接线的控制回路。当通讯故障时，可在PLC程序中对控制方式进行切换操作，使用硬接线对翻车机的变频器、电机等进行控制。

1 ABB变频器ACS800的工作原理和控制过程

1.1 工作原理

ABB变频器ACS800系列的控制采用转矩作为其核心控制原理，而转矩控制技术是在变频器内部建立了一个交流异步电动机的软件数学模型，根据实测的直流母线电压、开关状态和电流计算出一组精确的电机转矩和定子磁通实际值，并将这些参数值应用于控制输出单元的开关状态，变频器的每一次开关状态都是单独确定的，可以实现最佳的开关组合并对负载变化作出快速地转矩响应，实现了对电动机转矩和转速的实时控制。

在控制应用中，外部信号（包括起动、停止、给定信号等）只与主机变频器相连，主机通过光纤将从机控制字和转速给定值、转矩给定值广播给所有的从机，实现对从机的控制。从机一般不通过主从通讯链路向主机发送任何反馈数据，从机的故障信号单独连至主机的运行使能信号端，形成联锁。一旦发生故障，联锁将停止主机和从机的运行。

1.2 控制过程

随着工业自动化技术的蓬勃发展，由于变频器性能稳定、节能、性价比高等优点，在工业领域中得到广泛的应用。在火车卸煤系统的翻车机电气控制上要求驱动电机转矩或转速严格同步，否则无法保证系统的正常运行。而在实际生产中，有许多因素会干扰电机的同步控制，例如频率的变化、负载的突变等。为了得到理想的同步控制效果，我公司采用PROFIBUS-DP现场总线通讯，通过变频器的I/O接口控制电机的启动、停止、改变旋转方向以及调节电机转速，通过数字输入和模拟输入来控制转动单元。

2 通过PROFIBUS-DP通讯、硬接线对变频器的控制

2.1 采用PROFIBUS-DP通讯方式

操作员在上位机进行操作时，输出信号由西门子S7-300的CPU模块通过PROFIBUS-DP现场总线传送到DP适配器，然后由DP适配器通过光纤与变频器进行通讯，2台变频器之间通过PROFIBUS-DP现场总线互连，实现系统对变频器的同步控制。如图1所示。

2.2 采用硬接线通讯方式

操作员在上位机进行操作时，输出信号由西门子S7-300的AO或DO模块通过电缆线接到相应信号继电器KA，然后继电器的触点信号传送到DP适配器的接线端子，最后DP适配器通过光纤与变频器进行通讯，2台变频器之间通过PROFIBUS-DP现场总线互连， 实现系统对变频器的同步控制。

3 在西门子S7-300程序中实现变频器控制方式的切换

当西门子S7-300的CPU模块与DP适配器、2台变频器之间PROFIBUS-DP通讯故障时，为了不影响卸煤系统的正常运行和保证生产中燃料的充足供应，及时恢复控制系统对翻车机变频器的控制，可以在PLC程序中将常闭点M1011.2更改为常开点，实现硬接线的控制方式。

4 结束语

PLC与变频器之间采用PROFIBUS-DP的通讯方式和硬接线的控制方式，是一种实现对变频器安全、可靠的最佳选择方案，不仅能够保证多台变频器的同步运行，减少了设备因不同步、负载分配不平衡而导致系统故障的发生，而且保证了生产的正常高效运行。

参考文献

[1]廖常初.PLC编程及应用[M].北京：机械工业出版社，2002.

[2]中国机电一体化技术应用协会译，运用PROFIBUS-DP实现分散自动化.北京.

[3]ACS800-01/U1传动单元硬件手册.北京：北京ABB电气传动系统有限公司，2009.