基于Modbus总线和ACS600交流变频器实现胎面冷却联动装置的改造

引言

宁夏银川中策（长城）橡胶有限公司二车间10#挤出联动装置是1988年自行设计的一套胎面冷却联动装置，电气部分使用的是老式Z2系列直流电动机和调压器统一调压调速方式，由于电动机是非闭环控制，且直流调速本身的局限性，受电网电压影响较大，其速度稳定性较差，因此，各水槽之间速度难以协调，已不能满足新产品工艺要求，影响产品质量提高，因此决定对原电气系统全部进行改造以满足工艺要求并提高成品率。

1、 系统组成

ABB公司新提供的变频器为交流电动机提供了高超的性能，由于采用直接转矩控制（DTC）技术，推出的ACS600交流变频器可以对标准鼠笼电机进行精确的速度和转矩控制，并且不需增加成本及繁杂的脉冲编码器反馈，DTC直接转矩控制是交流传动领域电机控制方式的一次革命，它从零速开始不需使用电机轴上的脉冲编码器反馈就可以实现电机速度和转矩的精确控制，开环动态速度控制精度可以达到闭环磁通矢量控制的精度，直接转矩控制对交流传动来说是一个最优的电机控制方法，它可以对所有交流电机的核心变量进行直接控制，它开发出交流传动前所未有的能力并给所有的应用提供了益处。

另外，ACS600交流变频器可以通过标准MODBUS总线与外部控制系统通讯。ACS600的控制信号可全部来自MODBUS，也可部分来自串行通讯，部分来自其他的控制通道。

因此，在系统的组成上我们选择了ABB公司的ACS600交流变频器，并选用LG公司PLC MASTER K80作为上位机对ACS600变频器进行控制，以实现预定的工艺要求。ACS600交流变频器具有模拟量输入和数字量输入通道，并支持MODBUS总线协议，为了提高系统的灵敏度、精确度和稳定性，我们把系统硬件通过MODBUS总线协议组成了一个局域网：PLC作为主站，所有的ACS600变频器作从站，其结构如图1所示。

ACS600有两个串行通讯口（或通道）通道0和通道1。通道1是标准的MODBUS，通讯参数由用户自己设定，如果想通过MODBUS控制ACS600，那么起停指令和（或）频率给定等参数，必须设定为有通道1控制。通道0专门用于操作盘。

要实现MODBUS总线通讯，首先必须激活MODBUS协议。ACS600出厂时通道1并不工作，只有将参数5005PROTOCOL SEL设为2（STD MODBUS），通道1的标准MODBUS协议才被激活，如此就可以使用ACS600的缺省通讯参数进行简单的数据读写。通道1的参数设定有参数组50 COMMUNICATION，52 STANDARD MODBUS完成。

5201 STATION NUMBER设定网络中ACS600站号

5202 COMM SPEED 设定通讯速度

5203 PARITY 设定校验和停止位设定

5003 COMM FAULT TIME 设定通讯故障延时

5004 COMM FAULT FUNC 设定通讯故障功能

5005 PROTOCOL SEL 通讯协议选择（设为STD MODBUS）

为了实现MODBUS控制，必须设定AC600的起停命令和（或）频率给定来自串行通讯，同时把ACS600设为远程控制。

在软件上，控制程序是用LG公司随机附带的软件KGL-WIN编写，非常方便。

PLC（主站）可以与每个变频器（从站）通信，并对各从站进行访问、数字量输入的给定，通过读取各变频器的状态字查询各从站状态。通过逻辑、定时、计算、数学等运算控制输入输出点，实现对生产过程的控制。

2 、现场总线

现场总线技术是随着计算机技术在自动化领域的发展而产生的，近年来，随着分布式控制产品的标准化的要求和发展趋势，现场总线技术得到了飞速发展，它的特点主要是：可靠性高、性能稳定、抗干扰能力强、维护及系统扩展成本低，表现了控制技术计算技术与通信技术的集成。

以现场总线组成的分布实时监控系统不仅可以节省大量的电缆以及相关的费用，而且相应的工作更加简单，维护方便。提高了系统的可靠实用性，降低了工程的费用，所以在控制系统中采用现场总线技术将是未来的主流。

Modbus总线是现场总线的一种，使用的是RS485并与RS232兼容的半双工的标准的通讯接口;其协议是一种串行的主从通讯协议，采用的是一种主从通讯技术，网络中只有一个设备能够（称为主机）建立协议（称为查询），其他的设备（称为从机）只能通过提供数据响应主机的查询，或根据查询做出相应的动作。主机一般包括主处理器和可编程的控制盘/从机一般包括可编程控制器等。

3、 系统功能

根据实际生产工艺过程的要求编写控制程序，本系统具有以下功能：

（1） 整条联动线的就绪联锁控制功能，即首先检验个电机状态是否准备就绪，并给于指示，以确定系统是否可以启动;

（2）传动的启动停止联锁控制功能;

（3）联动/单动切换功能。操作人员随时调整整条联动线的速度和对每一条联动带速度进行微调，且可以是速度无扰切换;

联动方式，操作人员可以对整条联动线的速度进行升/降速调整;

单动方式，操作人员可以对联动线其中每一条联动带的速度在原来联动速度基础上进行升/降速调整，并可无扰切换回联动方式。

（4）运行指示功能;

（5）故障指示功能;

（6）速度指示功能;

（7）急停联锁控制功能。

4、 结束语

该系统自调试投产以来，各联动带的速度的精确度和灵敏度都得到了很大的提高，且受外界因素的影响明显减小，运行稳定，准确控制橡胶生产所需要的工艺，操作人员的劳动强度大大降低，生产效率和产品质量都得到了很大的提高，取得明显经济效益。