基于Profibus现场总线多电机交流控制系统研究

摘要：本研究提出了一种基于西门子Profibus现场总线的多电机交流控制系统，该系统融合了当前*先进的现场总线技术，并注重实际应用便捷性。文章从总线接入、硬件架构、软件原理三个方面深入剖析了该系统的核心特性。安徽皖南电机

　　关键词：PID；现场总线；交流电机

　　引言

　　在工业快速发展的大背景下，多电机交流控制系统在造纸、化工、钢铁、食品等行业得到了广泛应用，并形成了各具特色的变频器控制体系。这些系统运行稳定、抗干扰能力强，但随着时间的推移，维护成本也在不断攀升。以某型号变频器为例，其特有的通讯协议和接口，一旦发生通讯故障，轻则导致通讯接口板损坏，重则系统崩溃，更换成本高昂。同时，系统升级换代时，需全面更换所有变频器，导致采购费用巨大，备品库存积压。

　　随着工业自动化程度和生产规模的扩大，输送线的长度和功率不断增加。单电机驱动难以满足需求时，便需采用多电机同步驱动。在多电机同步驱动系统中，电机转速的稳定至关重要。然而，由于电机间的耦合作用，单一电机的转速偏离可能会影响整个系统，因此实现电机的高精度速度同步控制成为一大挑战。

　　1.现场总线Profibus

　　Profibus，即过程现场总线，自1984年研发以来，已成为欧洲领先的开放式现场总线系统。PNO（Profibus用户组织）成员超过600家，产品近千种。在欧洲市场占有率超过40%，广泛应用于自动化、楼宇自动化、过程自动化等领域。

　　Profibus基于ISO7498，参照OSI参考模型，定义了物理传输特性、总线存取协议和应用功能。Profibus家族包括DP、PA和FMS，其中DP（DecentralizedPeriphery）用于高速、低成本通信，专为自动控制系统和设备级分散的I/O设计。本文重点介绍DP部分。

　　标准现场总线DP的硬件由主设备、从设备、网络组成。主设备负责控制总线数据传输，从设备为外部设备，未被授权访问总线；网络包括传输介质和网络连接器。在多电机交流控制系统中，采用现场总线技术，可以在控制室和现场操作台安装分布式I/O模块，形成总线网络，实现控制数据的串行传输，提高抗干扰能力，确保变频器参考值的精确性。

　　2.多电机交流控制系统的硬件架构

　　图1展示了多电机交流控制系统的硬件连接图。系统采用西门子可编程控制器PLCS5作为主设备，通过IM308接口模块与Profibus总线连接。PLCS5负责读取总线上的分布式I/O模块的变频器状态字和实际值，并传送变频器控制字。从设备为分布式输入输出模块ET200，每个ET200从站可挂接*多32个数字量或模拟量输入输出卡。皖南电机价格表图2为现场图。

　　由于ET200从站的远程分布特性，在变频器较为集中的地方设置相应的从站，并进行点对点连接。所有变频器均有I/O接口，包括数字量输入、数字量输出、模拟量输入、模拟量输出。数字量输入包括正向启动、反向启动、外部故障等，数字量输出包括变频器运行信号、故障信号等；模拟量输入输出需进行U/I方式设定，模拟量输入为设定速度或频率的参考值，模拟量输出为电流、速度、频率、电压等实际值。

　　多电机交流控制系统的硬件架构相对简单，以可编程控制器为中心，通过Profibus总线连接相关联的ET200从站组，并通过各从站组连接相应的变频器组。总线采用电气双绞线路，布线清晰；从ET200从站到关联变频器组采用较短的控制线路连接。数据传输以串行数字方式为主，不影响传输数据的可靠性和抗扰性。

　　3.多电机交流控制系统的软件设计

　　3.1多电机交流控制系统的软件流程

　　基于现场总线的多电机交流控制系统软件设计包括以下步骤（如图3所示）：

　　1）PLCIM308接口模块初始化：在启动现场总线前，配置Profibus总线，分配各总线站的参数。

　　2）读取1#变频器的状态字和实际值：通过连接在变频器端的ET200从站的I/O端子，读取变频器的状态字和实际值。

　　3）判断变频器是否处于故障，如故障则报警存档，否则根据系统要求输出模拟量值到连接1#变频器端ET200从站的I/O端子，包括控制字和设定值。皖南电机

　　4）重复2、3步骤，依次对2#、3#、4#……N#变频器进行读写操作。

　　3.2多电机交流控制系统的逻辑控制原理

　　逻辑控制实现变频器与外部控制信号间的逻辑互锁，确保设备开启和运行的可靠性。例如，在纸厂对供料泵进行变频控制时，需满足阀门打开、料罐液位正常、供料泵密封水正常等条件，否则无法开启设备。设备持续运行还需满足管路流量、压力正常等条件。

　　3.3变频器的闭环控制原理

　　变频器通常以开环方式运行，但在高生产要求下，尤其在多电机交流传动控制中，需采用闭环控制。如图3所示，变频器通过速度控制闭环，将模拟输入信号与速度传感器反馈信号比较后，进入PID控制，再通过斜率发生器进入电流环控制电机输出。皖南电机价格表

　　图3多电机交流控制系统的软件流程

　　4.结语

　　本研究构建的多电机交流控制系统可广泛应用于小型浆纸厂、粉末加工厂、楼宇风泵控制等领域。通过开放式、具有IEC标准的现场总线Profibus系统进行组构，具有以下优势：（1）易于修改和扩展；（2）实现分布式控制，提高系统响应速度和控制精度；（3）降低系统不可靠性，增强可维护性。