（莱芜钢铁集团板带厂，山东莱芜，271104）
摘要：本文设计了一种采用PROFIBUS-DP现场总线构成主从结构的直进式拉丝机交流变频同步调速控制系统，论述了其硬件结构和控制过程，详细介绍了PROFIBUS-DP总线通信接口的实现方法。
关键词：变频器；同步调速；PROFIBUS-DP；直进式拉丝机；C200HW-PRM21
直进式拉丝机是生产钢联线的主要设备。随着国内加工工艺和自动化技术的提高，拉丝设备的生产正逐步实现国产化。对多头拉丝设备进行变频同步调速的控制方式，正逐步由采用模拟量控制转向采用现场总线技术控制。
某钢丝厂当前使用的直进式拉丝设备，变频同步调速的控制方式采用模拟量控制，本文针对原系统现场布线复杂、模拟量控制模块故障率高、维护成本高、控制精度低，提出了基于PROFIBUS-DP的拉丝机交流同步调速系统。
1系统组成结构与控制原理
控制系统以OMRON公司制造的C200HG型PLC系统作为主控单元、汇川公司MD320系列矢量变频调速装置控制交流电机作为系统的主传动装置来构成拉丝机控制系统，完成系统的各项控制任务。
1.1系统的硬件配置
控制系统硬件配置如图1所示。该系统由PROFIBUS-DP现场总线构成主从结构，OMRONC200HG型PLC系统作为主站，13个汇川MD320系列矢量变频器作为从站。
图1系统硬件配置图
Fig.1Hardwareconfigurationofthesystem
系统主站的主要部件包括一块提供系统总线和模块插槽的母板、C200HW-PA204S型电源模块、OMRONC200HG型CPU、C200HW-PRM21型PROFIBUS-DP主站单元，以及5个直流输入模块、1个直流输出模块。
系统主站的控制对象为13台变频器，它负责在预定的周期循环内通过PROFIBUS-DP网络与从站进行信息交换，将控制数据传送到各从站，实现系统的复杂过程及逻辑控制。
系统从站为13台汇川MD320系列矢量变频器。变频器一方面作为从站响应来自主站的各种指令，同时返回电机的运行状态，另一方面实现与其相连的三相异步电机进行闭环调速，使电动机根据需要工作在合适的工作状态。主站根据各三相异步电机的运行速度、通过PROFIBUS-DP网络给变频器设定合适的加速和减速时间，以保证设备的同步启动、同步停止。由于电机拖动大惯性负载，为完成系统的穿丝点动、联动以及急停等动作，系统还配备了制动单元来协助变频器控制电机的运行。
图2变频器及外围设备
Fig.2Converteranditsperipheralunits
1.2控制原理
系统的作业速度由最后一台拉拔电机（领航电机）决定。操作人员通过人机界面设定作业速度。PLC主站将此速度作为领航电机的速度给定值，并转换为相应的频率值，作为领航电机驱动变频器的主给定。再根据每道拉丝模的压缩比与传动比，计算出其他12个驱动变频器的主给定频率。通过PROFIBUS-DP网络将各给定频率传送给13个从站变频器。机械上的误差和拉模的磨损，会使得给定的参数与实际的数值之间有一定的差异，这个差异就通过压力辊来纠正。压力辊张力臂根据拉丝张力的大小输出一个0~10V的模拟量信号给变频器，变频器根据设定的位置值，经过PID计算，在输出频率上叠加一个纠偏量，消除上述误差。
2.PROFIBUS-DP通信接口的实现
2.1变频器的PROFIBUS－DP通信接口
汇川MD320系列模块化矢量变频器通过汇川技术MD32PFSS(PROFIBUS－DP)现场总线适配器实现与PROFIBUS－DP的连接。
PROFIBUS-DP和PROFIBUS主站的通讯都是通过服务存取点(ServiceAccesspointsSAP)访问PROFIBUS数据链路层Layer2中的服务，在PROFIBUS中每个服务存取点（SAP）都有明确的定义，具体请参考PROFIBUS的相关协议。本协议PROFIDRIVE（变速传动）用PROFIBUS协议的模型，满足PROFIDRIVE的参数数据和过程数据。
在PROFIDRIVE（变速传动）协议中使用PPO(Parameter/ProcessdataObjects)类型作为数据传送格式，PPO类型分为PPO1、PPO2、PPO3、PPO4、PPO5。本系统根据实际需要，采用PPO2作为数据传送格式，PPO2协议具体描述如下：
图4PLC与PROFIBUS-DP交换数据
Fig.4TheflowofremoteI/OdatainthePLCsystem.
上图显示了PLC系统与PROFIBUS-DP远程I/O数据的交换过程。该系统需要在PLC的内存区域中映射输入数据区和输出数据区，通过在PLC中编程实现。对于C200HG型PLC可将I/O数据区域映射DM、IR、HR、LR中，在且最多可映射两个输入区域和两个输出区域。
CPU输出数据区中的数据通过底板的I/O总线传送到PROFIBUS-DP主站单元的输出缓存区，经过一定的时间延迟，这些输出数据又通过PROFIDUS-DP被传送到从站中。
来自从站的输入数据首先存储于PROFIBUS-DP主站单元的输入缓存区中，一定的时间延迟后，输入数据通过I/O总线被传送到CPU中的输入数据区中。CPU和PROFIBUS-DP主站单元通过I/O总线交换数据发生在每个PLC程序循环的最后。
本系统中PROFIBUS-DP主站单元I/O数据缓存区和PLC内存中的I/O区域之间的映射通过编程进行设置。由2.1知PPO2数据格式为20个字节即10个字。系统中共有13个从站，则输入映射区的大小为130个字，输出映射区的大小为130个字。PLC中每个I/O映射区域最大为100字，故本系统需要映射两个I/O数据区，其中输入数据区1：100字，输出数据区1：100字，输入数据区2：30字，输出数据区2：30字。
本系统将2个I/O区域映射在C200HGCPU的DM区中，在PC机上利用OMRON编程软件CX-Programmer根据下表编制I/O区域映射程序。C200HW-PRM21主站单元放置于母板9#插槽，对应的特殊I/O单元DM区域为DM1900~DM1999。
图5PLC内存中I/O映射区域的定义
Fig.4Thedefinitionof2outputareasand2inputareas
除编程映射I/O区域外，还要用配置软件CX-Profibus对主站单元C200HW-PRM21进行配置，设置各从站的各项通信参数，选取通信协议，并将前10个从站变频器设置为第一组，后3台变频器设置为第二组。最后将配置下载到C200HW-PRM21中。至此，主站和从站的通信接口搭建完成。
3结论
通过PROFIBUS-DP现场总线，主站和从站构成了简单灵活的控制网络。有效的简化了现场布线，节省了大量电缆以及敷设费用，调试维护方便。现场调试表明，系统响应快，控制精度高，抗干扰能力强，满足控制要求。
参考文献：
[1]C200HW-PRM2PROFIBUS-DPMasterUnitOperationManual[S]OMRONCorporation
[2]MD系列模块化矢量变频器MD320用户手册V1.2[S]深圳市汇川技术有限公司
[3]PROFIBUS从站卡使用说明书[S]深圳市汇川技术有限公司
[4]安宪军，黄尔烈．基于PROFIBUS-DP总线的数据通信［J］．微计算机信息，2008，6-1：
作者简介:
刘春彦（1965—）男，汉，工程师。主要从事电气自动化技术工作
Biography:
WangYiChao,1984,male,han,engineer,Engageintheelectricityautomationtechnique.
本文主要创新点：
本系统设计利用了矢量变频调速装置控制交流电机作为系统的主传动装置,采用现场总线技术控制取代传统的模拟量控制。