基于PROFIBUS-DP的变频器控制
日期：2008-5-11 22:47:37 来源：《PLC&FA》
点击： 作者：未知
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1 引言
在钢铁工业生产过程中，连铸是其中一个重要的环节，而连铸的拉坯速度（拉速）是整个连铸过程关键的工艺参数，拉速的准确、可靠、稳定控制是确保铸坯质量和生产效率的前提条件，拉坯速度控制技术是连铸生产过程控制领域中的关键技术之一。由于在板坯连铸机上有多台变频器需要进行控制，传统控制方法采用plc模拟量输出模块通过点对点连接的模拟信号进行控制，使得设计成本和维护工作量较大，随着现场总线控制网络技术的逐渐成熟和性价比及通用性的提高，使其在冶金行业有越来越多成功的应用。本文以某钢厂板坯连铸机为控制对象，介绍基于profibus-dp现场总线控制网络，通过plc进行交流变频器控制，实现铸机拉速控制的过程。
2 变频器控制总线系统
连铸机控制系统包括多个plc控制子系统组成，如：铸流控制plc、公共装置控制plc、铸坯切割控制plc等，其中铸流控制plc实现拉矫机控制、冷却控制、结晶器振动控制和液压设备控制等。本文只介绍铸流控制plc中拉矫机变频器控制部分，其中每个铸流有八台变频器控制八台拉矫电机；在铸机运行过程中，要求控制八台电机同步、同速、同向，共同牵引铸坯或引锭杆按要求方向运动。本系统中plc采用s7-400 cpu414-2dp，变频器采用西门子mm440，plc和变频器之间通过profibus-dp现场总线进行数据通信。
3 基于profibus-dp总线的变频器控制
3.1 profibus现场总线
profibus是目前国际上通用的现场总线标准，它以其独特的技术特点、严格的认证规范、开放的标准、众多厂商支持和不断发展的行规，已被纳入现场总线的国际标准ie61158和欧洲标准en50170，并于2001年被定为我国的国家标准jb/t10308.3-2001。它由3个兼容部分组成，即profibus-dp， profibus-pa， profibus-fms。其中dp是一种高速低成本通信，用于设备级控制系统与分散式i/o的通信，传输速率9.6kbit/s ～12mbit/s。一个总线段最多可挂接32个站，带中继器最多127个站。它与传统的控制系统相比，具有十分明显的优势:具有很高的性价比，可大幅度降低系统的综合成本。采用开放的数字通信技术，有效提高系统的测量和控制精度。数据传输更为可靠，系统响应更为快速，还具有很强的抗干扰能力。
具有故障自诊断、短路自保护等功能，极大方便了系统的维护，提高了系统的安全可靠性。
3.2 硬件组态过程
（1）组态主站。在所建立的铸流工程项目中进行硬件组态，新建profibus(1)，确定站地址，这里设定为3，设置传输速率为1.5mbit/s，行规为“dp”，profibus的属性“operating mode”设为“dp master”。组态界面如图1所示。
图1 组态界面
（2）组态从站。将八台mm440连接到dp网上，并组态mm440的通信区。通信区的设置与应用方式有关：设定值和控制字以及它们的反馈数据存放在pzd区，如果需要读写mm440参数（如p参数），则还需要pkw数据区，（注：在实际应用中，dp网上还挂接分布式i/o设备用于冷却控制，这里没有列出）。
通信数据区有两种：whole cons：pzd和pkw数据区都是连续的，主站需要调用sfc14、sfc15对数据打包和解包；word cons：pkw数据区是连续的，需要调用sfc14、sfc15，而pzd数据区不需要调用sfc14、sfc15。
实数据的打包和解包需不需要调用sfc14、sfc15要看数据的连续性，如果是“aii”或“total length”， 则需要调用sfc14、sfc15，如果不是，则不需要调用。
在本例中，采用4pkw、2pz-
d，组态如图1所示。此时，已经将mm440连接到profibus网络上，并组态选择通信报文为ppo1。在通讯过程中，profibus dp协议使用ppo(pameter/process data objects)类型作为数据传递的格式。在图1的硬件组态目录中，各选项含义如图2所示。
图2 参数/过程数据对象（ppo型）
接下来确定变频器通信地址，八台变频器地址如表1所示。
每台变频器各数据区的输入、输出地址相同，组态完成后需设置mm440变频器侧的参数。
3.3 变频器参数设置
拉矫电机在连铸生产过程中可在不同状态下工作，如启动、停止，按设定频率运行的正向、反向转动，正向、反向点动。plc要想通过profibus来控制变频器，每台变频器本身也需要通过操作面板分别设定如下参数：
（1）p700设为6-命令源（远程控制）；
（2）p918设定变频器站地址 — 总线上定义的每个变频器的地址必须是唯一的，本文中范围是17~24，必须正确设置使它与profibus主站上配置的从站地址保持一致；
（3）p1000设为6 -频率设定源（远程设置，即可由plc通过prof
-ibus远程设置）。
3.4 变频器控制软件编程
（1）对pzd（参数区）的读写。
● pzd1输出：输出命令到mm440，控制起停、正反转、点动等，控制字第十位必须置“1”。即 pzd1=w#16#x4xx；pzd2输出：输出主设置值到mm440；pzd1输入：mm440当前的状态。
● pzd2输入：实际的转速反馈，根据反馈值确定拉坯速度，进而不同冷却段冷却水量大小。
● 首先在step7 v5.2中建立数据块如db1，将数据块中的数据地址与从站mm440中的pzd、pkw数据区相对应，如图2所示。然后在程序中调用通信功能块sfc14和sfc15，完成对从站（mm440）数据的读和写。其中：①sfc14（“dprd_dat”）用于读profibus从站（mm440）的数据；②sfc15（“dpwr_dat” ）用于将数据写入profibus从站（mm440）。
● 功能块参数说明：①laddr：硬件组态时pzd的起始地址，如变频器1的起始地址为w#16#240即576（十进制）；②record：数据块（db1）中定义的pzd数据区相对应的数据地址；③ret_val：程序块的状态字，可以以编码的形式反映出程序执行的状态和错误信息。
在本文中设定值和控制字可以从数据块db1中传送，而具体的设定值信息可以参考变频器手册。要对变频器其他不同的参数进行设置，只要改变record地址里的控制字即可。
（2）对pkw（参数区）的读写：
pkw 区说明参数识别id - 数值pkw接口的处理方法，pkw接口并非物理意义上的接口，而是一种机理，这一机理确定了参数在两个通讯伙伴之间例如控制装置与变频器的传输方式，pkw区有4个字节长度，每位含义见文献[3]。对pkw的读写过程和对pzd的读写相同，只要编程改变record地址里的数值即可。在本文中未用pkw数据区。
（3）pzd（过程数据）读写程序：
一号变频器读状态字
call sfc 14
laddr :=w#16#260
ret_val:=mw200
record :=p#db1.dbx0.0 byte 8
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1 引言
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在钢铁工业生产过程中，连铸是其中一个重要的环节，而连铸的拉坯速度（拉速）是整个连铸过程关键的工艺参数，拉速的准确、可靠、稳定控制是确保铸坯质量和生产效率的前提条件，拉坯速度控制技术是连铸生产过程控制领域中的关键技术之一。由于在板坯连铸机上有多台变频器需要进行控制，传统控制方法采用plc模拟量输出模块通过点对点连接的模拟信号进行控制，使得设计成本和维护工作量较大，随着现场总线控制网络技术的逐渐成熟和性价比及通用性的提高，使其在冶金行业有越来越多成功的应用。本文以某钢厂板坯连铸机为控制对象，介绍基于profibus-dp现场总线控制网络，通过plc进行交流变频器控制，实现铸机拉速控制的过程。
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2 变频器控制总线系统
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连铸机控制系统包括多个plc控制子系统组成，如：铸流控制plc、公共装置控制plc、铸坯切割控制plc等，其中铸流控制plc实现拉矫机控制、冷却控制、结晶器振动控制和液压设备控制等。本文只介绍铸流控制plc中拉矫机变频器控制部分，其中每个铸流有八台变频器控制八台拉矫电机；在铸机运行过程中，要求控制八台电机同步、同速、同向，共同牵引铸坯或引锭杆按要求方向运动。本系统中plc采用s7-400 cpu414-2dp，变频器采用西门子mm440，plc和变频器之间通过profibus-dp现场总线进行数据通信。
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3.1 profibus现场总线
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3.2 硬件组态过程
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（2）组态从站。将八台mm440连接到dp网上，并组态mm440的通信区。通信区的设置与应用方式有关：设定值和控制字以及它们的反馈数据存放在pzd区，如果需要读写mm440参数（如p参数），则还需要pkw数据区，（注：在实际应用中，dp网上还挂接分布式i/o设备用于冷却控制，这里没有列出）。
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d，组态如图1所示。此时，已经将mm440连接到profibus网络上，并组态选择通信报文为ppo1。在通讯过程中，profibus dp协议使用ppo(pameter/process data objects)类型作为数据传递的格式。在图1的硬件组态目录中，各选项含义如图2所示。
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3.3 变频器参数设置
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● pzd2输入：实际的转速反馈，根据反馈值确定拉坯速度，进而不同冷却段冷却水量大小。
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（2）对pkw（参数区）的读写：
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pkw 区说明参数识别id - 数值pkw接口的处理方法，pkw接口并非物理意义上的接口，而是一种机理，这一机理确定了参数在两个通讯伙伴之间例如控制装置与变频器的传输方式，pkw区有4个字节长度，每位含义见文献[3]。对pkw的读写过程和对pzd的读写相同，只要编程改变record地址里的数值即可。在本文中未用pkw数据区。
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