基于Profibus-DP協(xié)議和PLC器件實(shí)現(xiàn)輥壓機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

　　1．概述

　　在自動(dòng)化系統(tǒng)的配置中即要保證系統(tǒng)的先進(jìn)、可靠、合理性，又要避免過剩功能，降低投資成本。2000年至2001年，我們成功地在安慶白鰭豚4#水泥磨系統(tǒng)應(yīng)用了輥壓機(jī)終粉磨工藝，在該生產(chǎn)線上選用了西門子250kW變頻器對(duì)輥壓機(jī)兩磨輥電動(dòng)機(jī)進(jìn)行變速驅(qū)動(dòng)。同時(shí)選用德國(guó)申克振動(dòng)測(cè)量傳感器對(duì)輥壓機(jī)的振動(dòng)進(jìn)行監(jiān)視。輥壓機(jī)的控制采用了新型控制系統(tǒng)，系統(tǒng)采用了Siemens SIMATIC S7-300可編程控制器，上位機(jī)采用研華工控機(jī)，由Wincc軟件實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)組態(tài)控制，和變頻器MASTERDRIVES組成。上位系統(tǒng)的通訊網(wǎng)絡(luò)采用Siemens MPI網(wǎng)。各個(gè)控制站之間以及6臺(tái)矢量變頻器與控制站之間以Profibus-DP協(xié)議方式相連。它完全與電位無關(guān)地運(yùn)行，其優(yōu)點(diǎn)是，不必花費(fèi)昂貴的等電位連接費(fèi)用，且大大增強(qiáng)了網(wǎng)絡(luò)的可靠性。

　　2．輥壓機(jī)兩輥的同步運(yùn)行

　　在實(shí)際生產(chǎn)過程中，保持輥壓機(jī)兩輥的同步運(yùn)行是尤為重要的。這種同步，不僅僅是穩(wěn)速運(yùn)行時(shí)需要同步，而且在加減速的動(dòng)態(tài)過程中也需要保證線速度的一致。為此，我們采取以下兩個(gè)措施，以達(dá)到同步的目的：

　　2．1提高系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)

　　所有變頻器都采用光電編碼器的反饋方式，通過矢量運(yùn)算，它能夠確定和控制轉(zhuǎn)矩與磁通的電流分量，獲得同直流傳動(dòng)相媲美白勺動(dòng)態(tài)特性：這就從基礎(chǔ)上保證了同步的可實(shí)現(xiàn)。

　　2．2建立速度給定值鏈

　　在兩個(gè)變頻器之間建立裝置對(duì)裝置通訊過程，通過此方式能夠?qū)⑺俣冉o定值用數(shù)字量迅速而準(zhǔn)確地傳遞給第一個(gè)變頻器，消除模擬信號(hào)傳遞中由于線路損耗、干擾等帶來的信號(hào)漂移、于擾所帶來的不利影響。各個(gè)分部之間不同的機(jī)械變化則由變頻器內(nèi)部不同的比例因子控制，從而實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)與穩(wěn)態(tài)時(shí)各分部線速度的恒比例運(yùn)行。

　　根據(jù)終粉磨系統(tǒng)中輥壓機(jī)對(duì)傳動(dòng)的控制需求，選用西門子矢量型變頻調(diào)速器6SE70。

　　特點(diǎn)如下：

　　變頻器元件板SCB2具有電隔離的RS485口，可在變頻器之間實(shí)現(xiàn)裝置對(duì)裝置的連接。 在這里，我們采用并行接法，將其中一臺(tái)變頻器作為主動(dòng)裝置，另一臺(tái)變頻器作為從動(dòng)裝 置，這樣，主動(dòng)裝置能夠?qū)⑾到y(tǒng)線速度給定值傳遞至從動(dòng)裝置，從而增加了整個(gè)系統(tǒng)的可靠性。通過在安慶白鰭豚4#水泥磨系統(tǒng)應(yīng)用了輥壓機(jī)終粉磨系統(tǒng)中的應(yīng)用，我們認(rèn)為采用西門子6SE70變頻調(diào)速系統(tǒng)在提高產(chǎn)品質(zhì)量、產(chǎn)量，減小日常維護(hù)及節(jié)能等方面都有顯著的優(yōu)點(diǎn)，完全能夠滿足生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的需要。

　　3．采用Profibus的原因

　　Profibus現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)是隨全數(shù)字信號(hào)系統(tǒng)的發(fā)展而產(chǎn)生的， 由德國(guó)組織開發(fā)的工 業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)——PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)（DINl9254）。是近年來國(guó)際上最為流行 的現(xiàn)場(chǎng)總線，也是目前數(shù)據(jù)傳輸率最快的一種現(xiàn)場(chǎng)總線（傳輸率可達(dá)12M波特），因此在很多領(lǐng)域內(nèi)有廣泛地應(yīng)用c根據(jù)Venture Developmen Corp．（VDC）的報(bào)告，PROFIBUS所占的市場(chǎng)份額最大，也是發(fā)展最快的現(xiàn)場(chǎng)總線：

　　Profibus的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議是以1SO頒布的OSI標(biāo)準(zhǔn)七層參考模型為基礎(chǔ)的，只是對(duì)第三 層到第六層進(jìn)行簡(jiǎn)化，因此可以說它的標(biāo)準(zhǔn)適應(yīng)性強(qiáng)c此外它的三種模塊（FMS、DP和PA）又可以適應(yīng)不同的應(yīng)用對(duì)象和通信速率方面白勺要求，開放性也好。［page］

　　Profibus現(xiàn)場(chǎng)總線基于令睥協(xié)議加主從總線的介質(zhì)存取方式，主站以主從方式與從 站通訊，各主站之間由令牌協(xié)議決定總線控制權(quán)。站點(diǎn)數(shù)可達(dá)127個(gè)。

　　正是基于Profibus現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)上的成熟和開放性， 以及實(shí)際應(yīng)用后的經(jīng)濟(jì)效果， 因此我們?cè)谧詣?dòng)化控制系統(tǒng)中采用了它。

　　4．Profibus-DP組態(tài)說明

　　在以上的自動(dòng)化控制系統(tǒng)中，Profibus-DP現(xiàn)場(chǎng)總線應(yīng)用在交流變頻器、遠(yuǎn)程操作單元ET200M與S7-300PLC之間的通訊上。

　　4．1硬件組態(tài)

　　Profibus-DP總線共有6個(gè)站，分別是S7—300PLC作為Master，站號(hào)設(shè)定：2；其余均為Slave，它們有遠(yuǎn)程操作接口單元ET200M，站號(hào)設(shè)定：3；打散機(jī)變頻器，站號(hào)設(shè)定： 4；料餅秤控制器，站號(hào)設(shè)定：5；輥壓機(jī)活動(dòng)輥?zhàn)冾l器，站號(hào)設(shè)定：6；輥壓機(jī)固定輥?zhàn)冾l器，站號(hào)設(shè)定：7；主站上應(yīng)用57-300PLC的CPU315-2DP，BUS終端器設(shè)定為ON。從站中BUS終端器設(shè)定為OFF，ET200M的BUS終端器設(shè)定為ON。BUS終端器設(shè)定一定要正 確，即BUS兩端為ON，中間接點(diǎn)為OFF。通訊距離約為500m。

　　Profibus-DP的布線要嚴(yán)格按照適配模件的說明來接線，通訊電纜最好用西門子公司的專用DP電纜或屏蔽雙絞兩芯電纜。屏蔽層的接線一定要保證單端接地，同時(shí)結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)總線的抑制干擾技術(shù)可以保證系統(tǒng)通訊的正常運(yùn)行。

　　4．2軟件組態(tài)

　　在本系統(tǒng)中變頻器和PLC選用的都是西門子一家公司的設(shè)備和材料，確保了參數(shù)匹配正確，在Master站S7—300PLC上，要對(duì)DP進(jìn)行組態(tài)，通過STEP7軟件包結(jié)合ProfiDrive的定義程序來進(jìn)行。組態(tài)的關(guān)鍵是正確地選擇Profibus-DP的方式，即PPO的類型。在該系統(tǒng)中為PPO-2型，通訊字有十個(gè)數(shù)據(jù)字：通訊速率選擇為500kB／s，根據(jù)實(shí)際的應(yīng)用效果看，該速率滿足系統(tǒng)的信號(hào)交換要求。

　　5． 軟件要作的工作

　　Profibus—DP總線經(jīng)過軟硬件的組態(tài)建立起來后，Master和Slave之間的信息交換還必須在主/從站內(nèi)部來規(guī)定，即在雙方要用軟件來定義其傳輸信息的內(nèi)容。

　　在我們的自動(dòng)化控制系統(tǒng)中，Master站應(yīng)用了8個(gè)字來記錄所有的交換信號(hào)，包含D112點(diǎn)，D06點(diǎn)，A13點(diǎn)，A0l點(diǎn)。應(yīng)用STEP7內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)功能塊SFCl4—DPRD DAT和SFC-DPWR DAT來接收和發(fā)送DP上的信號(hào)。Slave站同樣用相應(yīng)的3個(gè)字來對(duì)應(yīng)Master站，即由主→從應(yīng)用4個(gè)字和由從→主應(yīng)用四個(gè)字。

　　6．設(shè)計(jì)、安裝和調(diào)試體會(huì)

　　在本次自動(dòng)化控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝和調(diào)試過程中，Profibus-DP的應(yīng)用無疑是正確的， 只是在現(xiàn)場(chǎng)安裝過程中，要注意以下幾點(diǎn)：

　?。?）現(xiàn)場(chǎng)安裝條件與原始設(shè)計(jì)和系統(tǒng)要求的差異和解決方案。

　?。?）現(xiàn)場(chǎng)各類干擾因素的防范。

　?。?）現(xiàn)場(chǎng)的接地系統(tǒng)對(duì)總線的影響。

　　7．結(jié)束語

　　在安慶白鰭豚水泥股份公司4#水泥磨生產(chǎn)線的自動(dòng)化控制系統(tǒng)中應(yīng)用Profibus-DP現(xiàn)場(chǎng)總線取得了很好地運(yùn)行效果。

　?。?）Profibus-DP總線滿足了對(duì)自動(dòng)化系統(tǒng)功能的各項(xiàng)要求。

　　（2）運(yùn)行費(fèi)用和能耗均有顯著的節(jié)省，可達(dá)到20％，并且使用合理。

　?。?）由于省除了大量的電纜、橋架、管路等材料，故投資可大大的減少。

　　（4）大大的降低了運(yùn)行勞動(dòng)強(qiáng)度，維護(hù)簡(jiǎn)單，維護(hù)量小，耗材少。

　　通過Profibus-DP現(xiàn)場(chǎng)總線在安慶白鰭豚水泥股份公司4#水泥磨生產(chǎn)線中的應(yīng)用成功，隨著將數(shù)字信號(hào)和模擬信號(hào)混合的系統(tǒng)改造為全數(shù)字信號(hào)系統(tǒng)的發(fā)展，PROFIBUS-DP會(huì)得到越來越廣泛的應(yīng)用。

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