针对这一现状，本文提出了一种基于现场总线的多电机交流控制系统，该系统巧妙地融合了先进的现场总线技术，同时兼顾实际应用的便捷性。本文从总线接入、硬件结构、软件原理三个方面深入剖析了系统的核心特性。
在多电机交流控制系统中，现场总线Profibus的融入显得尤为重要。Profibus，即过程现场总线，自1984年研发以来，经过十多年的研发、生产和应用，已成为欧洲领先的开放性现场总线系统。PNO（Profibus用户组织）成员超过600家，产品种类近千种。Profibus在欧洲市场的占有率超过40%，广泛应用于工业自动化、楼宇自动化、过程自动化、发电与输配电等领域。
以ISO7498为基准，参照OSI（开放式系统互联）模型，Profibus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Profibus-DP、Profibus-PA和Profibus-FMS。其中，Profibus-DP（分布式外围设备）是一种高速、经济的通信连接，专为自动控制系统与设备级分布式I/O之间通信设计。使用Profibus-DP模块可替代传统的24伏或4～20毫安串联式信号传输。DDLM（直接数据链路映像）提供的用户接口简化了数据链路层的存取，传输可利用RS-485技术或光纤。本文将重点介绍DP部分。
标准现场总线Profibus-DP的硬件由主设备、从设备、网络等三部分组成。主设备负责总线数据传输控制，并在无外部请求时主动发送信息，并可访问总线。从设备是相对简单的外部设备，无权访问总线。网络包括传输介质和网络连接器，前者如屏蔽双绞线构成电气网络、光纤网络或混合网络，后者如RS485总线连接器、终端、中继器、光链路模块OLM等。
在多电机交流控制系统中，采用现场总线技术，可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，从而提升系统抗干扰能力，确保变频器参考值的准确性。
皖南电机在多电机交流控制系统的硬件结构设计中发挥了关键作用。图一（上）展示了多电机交流控制系统的硬件连接图。由图可知，现场总线Profibus主设备采用西门子可编程控制器PLCS5，通过IM308接口模块与Profibus总线相连。作为主设备，PLCS5负责读取总线上的分布式I/O模块变频器状态字（含数字量和模拟量），并传输变频器控制字（含数字量和模拟量）。从设备为分布式输入输出模块ET200，每个ET200从站可挂接至32个数字量或模拟量输入输出卡（如DI、DO、AI、AO等），通过设置ET200从站接口卡IM318的地址DIP开关，即可确定挂接的I/O卡地址。
ET200从站的远程分布特性使得在变频器集中区域设置从站，并进行点对点连接，具体接线方式如图一（下）所示。所有变频器均具备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，数字量输出包括运行信号、故障信号等；模拟量输入输出需先进行U/I设定，确认4～20mA或0～10V信号，其中模拟量输入为设定速度或频率参考值，模拟量输出为电流、速度、频率等实际值。
图一多电机交流控制系统硬件连接图
多电机交流控制系统的硬件结构相对简单，以可编程控制器为中心，通过Profibus总线连接相关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，布线清晰；从ET200从站到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，到达变频器时采用部分模拟信号，不影响传输数据的可靠性和抗扰性。
在软件设计方面，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：PLC IM308接口模块初始化、读取变频器状态字和实际值、判断变频器是否故障并相应处理、重复对后续变频器进行读写操作。
逻辑控制原理在多电机交流控制系统中至关重要。例如，在纸厂对供料泵进行变频控制时，供料泵开启的必要条件包括阀门打开到位、料罐液位正常、供料泵密封水正常。若缺少任何一个条件，将无法开启设备。供料泵持续运行的条件还包括管路流量、压力正常，否则将自动停止运行。
闭环控制原理在多电机交流传动控制中尤为重要。例如，胶片机、冷轧机、造纸机等连续性生产线，闭环控制尤为重要。
图二（下）展示了变频器闭环控制过程。其中，电流内环转矩控制由变频器内部完成，未在图中标明。图中描述的是速度控制闭环，模拟输入信号（根据变频器说明书确定是电流或电压信号，并设置好相应DIP开关和参数）通过频率限定与速度传感器反馈信号比较后，进入PID控制（PID参数可在变频器参数中整定），再通过斜率发生器（包括RAMPONTIME/RAMPDOWNTIME）后，直接进入电流环控制电机输出，从而构成变频器闭环控制。
图二多电机交流控制系统软件流程
结语部分指出，本系统构建后，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。由于采用开放式、符合IEC标准的现场总线Profibus系统进行构建，因此具有以下优点：（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。
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