MD880变频器在AC450控制系统中的应用

为了解决宽厚板转钢辊道的变频器故障易发的问题，需要对ABB变频器进行扩容改造，分析MD880变频器替代ABB变频器的可行性。湖南华菱湘潭钢铁有限公司的研究人员王华权，在2021年第8期《电气技术》上撰文，介绍了系统改造方案、AC450硬件配置，并对软件组态中的参数设置进行详细说明，通过Profibus-DP通信实现了AC450系统与MD880变频器的控制，从而替代ACS800变频器，目前系统运行稳定可靠。

AC450（advant controller 450）是ABB公司的一种大型逻辑控制器，广泛应用在冶金、化工、汽车等行业。湘钢宽厚板生产线的辊道传动由AC450控制ACS800变频器，在粗轧轧制过程中，轧机入口的E3辊道作为转钢辊道，变频器频繁报过载且经常烧损，由于ACS800产品已停产，备件价格昂贵，采购周期长，导致维护成本增加。因此，迫切需要将E3辊道的ACS800变频器进行国产化和扩容改造，保证生产线的稳定运行。

1 设备现状和选型

宽厚板粗轧入口E3转钢辊道为锥形辊，用于轧制钢板的转向和传输。E3辊道分为E3a（传动侧）和E3b（操作侧）两组辊道，其中E3a共6台电动机，由1台ACS800驱动；E3b共7台电动机，由2台ACS800驱动。电动机的额定功率为45kW，额定电流为91.2A，对E3a的过载能力进行分析：额定功率为270kW（=45kW×6），额定电流为547.2A（=91.2A×6），过载电流实测为920～1 200A。ACS800过载能力为813A（=554A×1.5），故不能满足现场实际最大过载要求。

经过选型，选择国产汇川的MD880变频器替代现有的ACS800变频器，两种变频器参数对比见表1。表中，IN、Imax、PN分别为变频器额定电流、最大电流、额定有功功率；ILd、PLd和IHd、PHd分别为轻过载和重过载时变频器输出电流、输出功率。MD880变频器的过载能力为1 704A（=568A×2×1.5），满足现场需求。

表1 ACS800和MD880变频器参数对比

2 系统改造方案及硬件配置

在ACS800变频控制柜旁边，设置一个切换柜和一个MD880变频器控制柜。当MD880或ACS800中任何一个设备出现故障时，可以迅速切换到另一个设备驱动E3a辊道，保证快速恢复生产。切换柜内负荷隔离开关由手柄操作合分，接触器由柜门转换开关操作合分。

在AC450系统中，原ACS800的AF100通信保持不变，在扩展槽的子模块上增加CI541 DP通信板卡，该卡通过Profibus-DP电缆连接到MD880变频器控制柜里的现场总线适配模块HDP-10上，建立AC450可编程逻辑控制器（programmable logic controller, PLC）与MD880变频器之间的Profibus- DP通信连接，其中AC450为主站，MD880为从站，改造后AC450控制变频器的通信示意图如图1所示。

图1 改造后AC450控制变频器的通信示意图

3 AC450系统软件组态

实现AC450和MD880的Profibus-DP通信，需要对AC450 PLC进行软件组态，其组态分为数据库DB组态和程序PC组态两部分。DB组态是对通信硬件系统进行配置，与Profibus-DP有关的数据库元素有3个：总线PB、从站特性描述PBSD和从站PBS，分别完成对总线、从站特性描述和从站组态。

PC组态主要负责对从站读写具体数据信息。组态前要先通过命令DIMDB确认该CPU的节点已经定义PB、PBS和PBSD元素的数量，才能创建相应数量的DB元素，否则需要在配置模式下重新定义相应元素的数量。

3.1 总线PB的组态

总线PB的参数配置如图2所示。先在数据库中创建CI541后得到PB元素，需配置以下参数：

1）BUSNO。总线号，范围为1～255，不要与本系统中其他的总线号冲突。

图2 总线PB的参数配置

2）STNNO。站号，即CI541的主站地址，范围为1～125，不要与总线上其他从站的站号冲突。

3）POSITION。CI541卡在AC450机架上的位置，由左往右从1开始数的卡槽位。

4）SUBPOS。CI541卡在AC450机架上的子模块的槽位数，装在上面为1，下面为2。

5）总线参数部分，一般均使用系统默认值，其中参数BAUDRATE为波特率，应当根据该网段DP电缆的总长度和中继器配置合理设置。

3.2 从站特性描述PBSD的配置

AC450 PLC不能通过导入通用站说明（general station description, GSD）文件自动获取从站的具体信息，只能通过创建和修改PBSD元素，将从站的GSD文件的一些具体参数在PLC中进行手动设置，即进行从站特性描述的配置。

GSD文件是Profibus设备制造商提供的描述其某一设备的各种性能参数的文本文件，它包括所有与该设备有关的参数。MD880需要根据其GSD文件里的各项具体内容在程序中进行说明。创建的PBSD分为三部分：从站参数、用户参数、数据模块参数。从站特性描述PBSD的参数配置如图3所示。PBSD元素的参数配置说明见表2，其中WDFACT1和WDFACT2的推荐值见表3。

1）从站参数（Slave parameter）。根据表2从MD880的GSD文件中取得正确的参数并进行设置。

2）用户参数（User_Prm_Data）。在组态时设定的设备工作参数，其值的意义由厂商确定。根据

图3 从站特性描述PBSD的参数配置

关键字User_Prm_Data或Ext_User_Prm_Data_Ref( )指定的参数值设置UPRMD1～UPRMD25对应的一组十六进制数，这些数字连续书写（去掉“0x”标识），每个UPRMD可书写最大20个数字，一个不够可在下一个继续写。为了便于区分，也可以根据参数的具体含义分组，每组占用一个UPRMD。根据GSD文件中的关键字User_Prm_Data_Len或UPRMD中的十六进制数的组数设置UPRMDLEN的值。

3）数据模块参数（Cfg_Data）。与实际使用的数据有关，即主站与从站接收和发送数据的数量和格式。PLC与变频器的参数过程数据对象（parameter process data object, PPO）通信协议根据要通信的数据进行选择。AC450主站对MD880从站的输出区的数据结构为：第一个字为变频器的主控制字；第二个字为变频器的速度给定值。

AC450主站对MD880从站的输入区的数据结构为：第一个字为变频器的主状态字；第二个字为变频器的辅助状态字；第三个字为变频器的实际速度值；第四个字为变频器的实际转矩值。所以选择PPO4通信结构，MD880的GSD文件中对应模块的字段为：Module="PPO-04, 0PKW+6PZD" 0x00, 0xF5。则Cfg_Data参数中，配置数据长度CFGDLEN对应于Module定义的十六进制数的个数，CFGD1～CFGD25则对应着这些十六进制数，即CFGDLEN=2，CFGD1=00F5。

表2 PBSD元素的参数配置说明

表3 WDFACT1和WDFACT2的推荐值

3.3 从站PBS的组态

从站特性描述的配置完成后，接着对具体的从站进行组态，即创建一个PBS元素。在AC450系统中，PB元素的执行端（即IMPL端）和PBS的IMPL端有很强的依赖性，当增加从站站点时，新增PBS的IMPL端必须在PB元素的IMPL端置1之前设置为1，否则该站点不工作。因此，建立从站站点的步骤为：

1）把相应PB总线的IMPL端设置为0。

2）创建从站，即增加PBS站点，并输入BUSNO（总线号，与前面PB元素的总线号对应）、STNNO（从站号，对应变频器的DP地址）和REFDESC（从站描述索引，对应前面创建的PBSD元素的名称），从站PBS的参数配置如图4所示。

3）把该PBS元素的IMPL端设置为1（默认值）。

4）把相应PB总线的IMPL端重新设置为1以启动该总线和激活站点。

图4 从站PBS的参数配置

3.4 程序PC实现

在AC450 PLC程序里，使用PC元素PB-R从变频器站点读取所需的数据，PB-S给变频器站点进行数据发送，另外还可以通过PB-DIAG命令进行诊断数据的读取。

MD880采用了位字连接器的方式，可以灵活配置控制字和状态字，保持与原ACS800变频器一致。另外，ACS800和MD880中100%对应的值不一样，需要设置好通信基值，保证MD880与PLC间传输的给定和反馈信号正确无误。

经过上述设置，MD880可以保证其对PLC的通信接口与ACS800完全相同，从而通过增加选择按钮来选择将控制字和给定速度送到对应的变频器，同时选择相应变频器的反馈数据作为程序使用数据。最后经过E3两组辊道速度曲线的比较，调整相应的参数，使速度曲线一致，E3辊道的两组变频器的速度曲线如图5所示。

4 结论

经过E3辊道变频器的国产化和扩容改造，将国产变频器通过Profibus-DP技术应用在ABB的控制系统中，大大降低了设备的维护成本。改造后的MD880变频器运行稳定可靠，避免了变频器故障易发的状况，确保生产线的稳定运行，同时为以后变频器的国产化及改造提供了参考。

图5 E3辊道的两组变频器的速度曲线

本文编自2021年第8期《电气技术》，论文标题为“MD880变频器在AC450控制系统中的应用”，作者为王华权。