本文将分别阐述ABB变频器传动控制的原理、方式以及S7-400 PLC与变频器的数据通讯方式。

一、ABB ACS 600标准变频器传动控制方式

ACS 600 SingleDrive是采用直接转矩控制技术—DTC的新一代交流变频器，能够在没有编码器或测速机反馈的条件下，精确控制鼠笼电机的速度和转矩。适用于：泵类；风机类；搅拌器；传送带；提升机；卷取机；离心机；挤压机等。

1、直接转矩控制原理及其与磁通矢量控制的比较

直接转矩控制—DTC是交流传动的一种先进的电机控制方式。逆变器的通断直接控制电机关键的变量：磁通和转矩。其控制功能原理见图1。

如下图所示，变频器测量的电机电流和电压作为自适应电机模型的输入，这个模型每隔25微秒产生一组精确的转矩和磁通的实际值。电机转矩比较器将转矩实际值与转矩给定调节器的给定值作比较，磁通比较器将磁通实际值与磁通给定调节器的给定值作比较。依靠来自这两个比较器的输出，优化脉冲选择器决定逆变器的最佳开通时刻。

图1 ABB ACS 600控制功能原理

在直接转矩控制—DTC方式中，每一次IGBT的导通都是单独地由磁通和转矩的值决定的，而传统的PWM磁通矢量控制依靠的是预先确定的矩阵模型，这一过程所需的时间远远大于25微妙，因此，产生滞后控制。

2、ABB变频器控制命令、给定值的选择与处理

（1）ABB ACS 600具备以下几种控制方式：

通过安装在ACS 600的外壳上或远程操作台上的分立的控制盘（控制盘是用户监视、调整参数和控制ACS 600运行的界面，防护等级为 IP 54）进行控制；

通过I/O板（NIOC）的模拟量和数字量I/O端子口进行控制；

通过扩展模块（模拟/数字I/O扩展模块和现场总线适配器模块）对变频器控制；

通过PC适配器将PC机与变频器的控制板NAMC连接，进行在线控制。

ABB ACS 600可以选择两种外部控制或本地控制方式，本地与外部控制的选择通过控制盘上的“LOC/REM”键完成。ACS 600控制方式示意图见图2。

图2 外部/本地控制方式

（2）控制命令与给定源的选择及给定值的处理

生产工艺要求：通讯系统正常工作时，大链辊道I段、II段可由8#操作台与11#操作台同时控制，并且11#台具有优先权。通讯系统故障时，辊道只能由11#台控制。为达到控制要求，需做如下设置：

设置两套应用参数组（use load1/use load2），一套用于通讯方式控制，另一套用于DI端子控制。

设置use load1/use load2的切换方式。

设置控制命令的切换方式。

设置给定源的切换方式。

控制命令与给定源选择的流程框图见图3

图3：控制命令与给定源选择

二、ACS 600变频器拖动交流电机的通用控制特性

ACS 600变频器采用DTC电机控制技术，提供了先进的标准功能。DTC运行模式是装置的缺省设置，当变频器拖动带有不同电机配置的多电机并联运行时，只能采用标量控制—SCALAR模式。

1、识别运行：

DTC控制的优良性能取决于准确的电机模型，这个模型是电机识别运行中建立的。在传动起动过程中，ACS 600驱动电机运行大约一分钟，控制电路监视电机的反应，建立并优化电机的数学模型。如果没有选择识别运行，当第一次给出起动命令，将自动执行一个快速电机识别程序。第一次起动时，电机在零速运行几秒钟，以便建立电机模型。这个识别运行可满足大多数应用场合的要求。

2、零速满转矩：

由ABB变频器驱动的电机在零速时能够获得其额定转矩，而不需要编码器或测速机的反馈信号。另外，在参数20.3 IR COMPENSATION中调整零速时供给电机的附加相对电压值,范围是0…30%*Une,IR补偿可以增加起动转矩。

3、自动起动：

ACS 600能在几毫秒测出电机的状态，变频器可在电机的任何运行条件下完成提升起动和积分起动。SCALAR模式下最好也选用此功能。

4、直流抱闸：

通过直流抱闸功能可以在零速时锁定转子。当速度给定值和电机速度都低于予设值时，变频器终止电机的运行，并给电机注入直流电压。

5、加速/减速积分：

ACS 600提供加速/减速积分器，可以调整加/减速时间（0—1800S）和选择积分的类型。如图4所示。

图4 加/减速积分器特性曲线

说明：

（1）适合于电机需要恒加减速的情况

（2）S形积分适合于在速度发生变化的起始和结束阶段要求平稳变速的情况

6、制动功能：

投入制动功能能够快速停车，为此，变频器需要装备一个制动斩波器和一个制动电阻器。只要变频器直流中间回路的电压超过最大电压极限（1.25Udcne），斩波器就把制动电阻器与变频器的中间回路接通，进行能耗制动。其原理图见图5

图5.1 制动斩波器主回路原理图

 图5.2 制动斩波器控制回路原理图

图5 制动斩波器工作原理图

三、ABB变频器与S7-400的通讯

1、网络配置

ABB ACS 600变频器允许以Profibus-DP协议方式通讯，主机和传动装置必须经过配置，以便数据通过模块交换。在S7-400的“硬件组态”功能中可配置Profibus-DP的网络组态，安装ABB的Profibus适配器模块NPBA-12的补丁程序后，网络组态窗口中的可选设备目录中出现ABB ACS传动系列产品列表，将S7-400组态为网络主站，ABB变频器作为从站。网络配置图见图6。

图6 Profibus-DP网络配置

2、DDCS通讯链路启动

（1）光纤链接

Profibus-DP现场总线适配器模块NPBA-12与ABB ACS 600 通讯板NDCO的通道CH0通过遵守DDCS协议的光纤连接，传动装置可以从现场总线接受到所有控制信息。

（2）通讯初始化

通过设置变频器装置98组参数以激活适配器模块与传动装置之间的通讯初始化，设定NPBA-12的配置，确定Profibus-DP通讯的协议、站地址、数据索引号、通讯超时以及通讯模型。

（3）需要修改的传动控制参数

为使传动完全受控于S7-400的控制，在现场总线通道启动之后，传动控制参数（10组、11组、14组、30组、90组、92组）必须检查一下，必要时作出调整。

3、S7-400 PLC与ABB ACS 600变频器的数据交换

Profibus-DP网络正常工作时通过服务存取点SAP使用PROFIBUS数据链路层（Layer2）服务，每个单独的SAP的功能都被准确定义：SAP-61 发送数据，SAP-62 检测配置数据，SAP-60 阅读从机诊断信息， SAP-128 传送输入/输出数据。

主机/从机的PPO消息类型选择4，数据结构如下：

4、S7-400 PLC的通讯数据读、写

本次改造中，PLC的程序编制采用语句表—STL方式，程序结构合理，内容紧凑。接收、发送的通讯数据被存放于指定数据块，以供程序执行时调用。

S7-400读取变频器的主状态字、速度实际值、电流实际值；发送给变频器的数据字有主控制字、速度给定设定字。应特别注意的是：主控制字要根据变频器的不同状态，按时序要求分别发送不同的内容。否则，变频器的“运行使能”将被封锁。

变频器控制柜内主接触器未吸合时，S7-400发送的控制字为400H；变频器控制主回路供电正常，无操作命令，无急停请求时，S7-400发送的控制字为476H，此时变频器有“READ”信号输出；当有操作命令时，S7-400发送的控制字为47FH，此时变频器有“RUN”信号输出，加入给定值，变频器将驱动电机按设定运行。

四、结束语

全线设备调试结束后，一次试车成功，很快达产，控制精度大大提高。目前，系统正在稳定运行