基于Modbus總線和ACS600交流變頻器實現(xiàn)胎面冷卻聯(lián)動裝置的改造

引言

寧夏銀川中策（長城）橡膠有限公司二車間10#擠出聯(lián)動裝置是1988年自行設(shè)計的一套胎面冷卻聯(lián)動裝置，電氣部分使用的是老式Z2系列直流電動機(jī)和調(diào)壓器統(tǒng)一調(diào)壓調(diào)速方式，由于電動機(jī)是非閉環(huán)控制，且直流調(diào)速本身的局限性，受電網(wǎng)電壓影響較大，其速度穩(wěn)定性較差，因此，各水槽之間速度難以協(xié)調(diào)，已不能滿足新產(chǎn)品工藝要求，影響產(chǎn)品質(zhì)量提高，因此決定對原電氣系統(tǒng)全部進(jìn)行改造以滿足工藝要求并提高成品率。

1、 系統(tǒng)組成

ABB公司新提供的變頻器為交流電動機(jī)提供了高超的性能，由于采用直接轉(zhuǎn)矩控制（DTC）技術(shù)，推出的ACS600交流變頻器可以對標(biāo)準(zhǔn)鼠籠電機(jī)進(jìn)行精確的速度和轉(zhuǎn)矩控制，并且不需增加成本及繁雜的脈沖編碼器反饋，DTC直接轉(zhuǎn)矩控制是交流傳動領(lǐng)域電機(jī)控制方式的一次革命，它從零速開始不需使用電機(jī)軸上的脈沖編碼器反饋就可以實現(xiàn)電機(jī)速度和轉(zhuǎn)矩的精確控制，開環(huán)動態(tài)速度控制精度可以達(dá)到閉環(huán)磁通矢量控制的精度，直接轉(zhuǎn)矩控制對交流傳動來說是一個最優(yōu)的電機(jī)控制方法，它可以對所有交流電機(jī)的核心變量進(jìn)行直接控制，它開發(fā)出交流傳動前所未有的能力并給所有的應(yīng)用提供了益處。

另外，ACS600交流變頻器可以通過標(biāo)準(zhǔn)MODBUS總線與外部控制系統(tǒng)通訊。ACS600的控制信號可全部來自MODBUS，也可部分來自串行通訊，部分來自其他的控制通道。

因此，在系統(tǒng)的組成上我們選擇了ABB公司的ACS600交流變頻器，并選用LG公司PLC MASTER K80作為上位機(jī)對ACS600變頻器進(jìn)行控制，以實現(xiàn)預(yù)定的工藝要求。ACS600交流變頻器具有模擬量輸入和數(shù)字量輸入通道，并支持MODBUS總線協(xié)議，為了提高系統(tǒng)的靈敏度、精確度和穩(wěn)定性，我們把系統(tǒng)硬件通過MODBUS總線協(xié)議組成了一個局域網(wǎng)：PLC作為主站，所有的ACS600變頻器作從站，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

ACS600有兩個串行通訊口（或通道）通道0和通道1。通道1是標(biāo)準(zhǔn)的MODBUS，通訊參數(shù)由用戶自己設(shè)定，如果想通過MODBUS控制ACS600，那么起停指令和（或）頻率給定等參數(shù)，必須設(shè)定為有通道1控制。通道0專門用于操作盤。

要實現(xiàn)MODBUS總線通訊，首先必須激活MODBUS協(xié)議。ACS600出廠時通道1并不工作，只有將參數(shù)5005PROTOCOL SEL設(shè)為2（STD MODBUS），通道1的標(biāo)準(zhǔn)MODBUS協(xié)議才被激活，如此就可以使用ACS600的缺省通訊參數(shù)進(jìn)行簡單的數(shù)據(jù)讀寫。通道1的參數(shù)設(shè)定有參數(shù)組50 COMMUNICATION，52 STANDARD MODBUS完成。

5201 STATION NUMBER設(shè)定網(wǎng)絡(luò)中ACS600站號

5202 COMM SPEED 設(shè)定通訊速度

5203 PARITY 設(shè)定校驗和停止位設(shè)定

5003 COMM FAULT TIME 設(shè)定通訊故障延時

5004 COMM FAULT FUNC 設(shè)定通訊故障功能

5005 PROTOCOL SEL 通訊協(xié)議選擇（設(shè)為STD MODBUS）

為了實現(xiàn)MODBUS控制，必須設(shè)定AC600的起停命令和（或）頻率給定來自串行通訊，同時把ACS600設(shè)為遠(yuǎn)程控制。

在軟件上，控制程序是用LG公司隨機(jī)附帶的軟件KGL-WIN編寫，非常方便。

PLC（主站）可以與每個變頻器（從站）通信，并對各從站進(jìn)行訪問、數(shù)字量輸入的給定，通過讀取各變頻器的狀態(tài)字查詢各從站狀態(tài)。通過邏輯、定時、計算、數(shù)學(xué)等運算控制輸入輸出點，實現(xiàn)對生產(chǎn)過程的控制。

2 、現(xiàn)場總線

現(xiàn)場總線技術(shù)是隨著計算機(jī)技術(shù)在自動化領(lǐng)域的發(fā)展而產(chǎn)生的，近年來，隨著分布式控制產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)化的要求和發(fā)展趨勢，現(xiàn)場總線技術(shù)得到了飛速發(fā)展，它的特點主要是：可靠性高、性能穩(wěn)定、抗干擾能力強(qiáng)、維護(hù)及系統(tǒng)擴(kuò)展成本低，表現(xiàn)了控制技術(shù)計算技術(shù)與通信技術(shù)的集成。

以現(xiàn)場總線組成的分布實時監(jiān)控系統(tǒng)不僅可以節(jié)省大量的電纜以及相關(guān)的費用，而且相應(yīng)的工作更加簡單，維護(hù)方便。提高了系統(tǒng)的可靠實用性，降低了工程的費用，所以在控制系統(tǒng)中采用現(xiàn)場總線技術(shù)將是未來的主流。

Modbus總線是現(xiàn)場總線的一種，使用的是RS485并與RS232兼容的半雙工的標(biāo)準(zhǔn)的通訊接口;其協(xié)議是一種串行的主從通訊協(xié)議，采用的是一種主從通訊技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)中只有一個設(shè)備能夠（稱為主機(jī)）建立協(xié)議（稱為查詢），其他的設(shè)備（稱為從機(jī)）只能通過提供數(shù)據(jù)響應(yīng)主機(jī)的查詢，或根據(jù)查詢做出相應(yīng)的動作。主機(jī)一般包括主處理器和可編程的控制盤/從機(jī)一般包括可編程控制器等。

3、 系統(tǒng)功能

根據(jù)實際生產(chǎn)工藝過程的要求編寫控制程序，本系統(tǒng)具有以下功能：

（1） 整條聯(lián)動線的就緒聯(lián)鎖控制功能，即首先檢驗個電機(jī)狀態(tài)是否準(zhǔn)備就緒，并給于指示，以確定系統(tǒng)是否可以啟動;

（2）傳動的啟動停止聯(lián)鎖控制功能;

（3）聯(lián)動/單動切換功能。操作人員隨時調(diào)整整條聯(lián)動線的速度和對每一條聯(lián)動帶速度進(jìn)行微調(diào)，且可以是速度無擾切換;

聯(lián)動方式，操作人員可以對整條聯(lián)動線的速度進(jìn)行升/降速調(diào)整;

單動方式，操作人員可以對聯(lián)動線其中每一條聯(lián)動帶的速度在原來聯(lián)動速度基礎(chǔ)上進(jìn)行升/降速調(diào)整，并可無擾切換回聯(lián)動方式。

（4）運行指示功能;

（5）故障指示功能;

（6）速度指示功能;

（7）急停聯(lián)鎖控制功能。

4、 結(jié)束語

該系統(tǒng)自調(diào)試投產(chǎn)以來，各聯(lián)動帶的速度的精確度和靈敏度都得到了很大的提高，且受外界因素的影響明顯減小，運行穩(wěn)定，準(zhǔn)確控制橡膠生產(chǎn)所需要的工藝，操作人員的勞動強(qiáng)度大大降低，生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量都得到了很大的提高，取得明顯經(jīng)濟(jì)效益。