西門子變頻器在1250縱剪上的應(yīng)用

1.概述
　　1250縱剪機是為滿足高精度銅板帶的加工，進行銅帶分條、切邊，生產(chǎn)高精度帶材的機械，對成品寬度偏差、成品毛刺高度、卷取后帶材塔形度（整卷） 、錯層、側(cè)彎、表面擦傷等有一定要求。一般來說，其主要工藝流程是：開卷、剪切、張力產(chǎn)生、卷取等，中間輔以上料、校平、剪切板頭、緩沖、引導(dǎo)、收卷廢邊、分卷、出料等過程。
　　設(shè)備在工作時開卷機處于自動送料狀態(tài)，帶材經(jīng)側(cè)向引導(dǎo)機構(gòu)進入圓盤剪剪切成帶狀條料，切下來的廢邊同時由廢邊機收卷，帶狀條料通過緩沖活套坑后進入張力站，然后由卷取機把帶材整齊地卷成筒狀，最后由卸料小車把料卷卸到儲料臺上。
2.profibus總線技術(shù)
　　Profibus（Process Field bus），是一種用于工廠自動化車間級監(jiān)控和現(xiàn)場設(shè)備層數(shù)據(jù)通信與控制的現(xiàn)場總線技術(shù)，可實現(xiàn)現(xiàn)場設(shè)備層到車間級監(jiān)控的分散式數(shù)字控制和現(xiàn)場通信。 Profibus協(xié)議的結(jié)構(gòu)根據(jù)ISO7498國際標(biāo)準(zhǔn)以開放系統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)OSI為參考模型，Profibus-DP（分散型外圍設(shè)備）只用了第一層、第二層和用戶接口。第一層－PHY，規(guī)定了線路介質(zhì)、物理連接的類型和電氣特性。Profibus-DP通過差分電壓輸出的RS485實現(xiàn)電流連接。在線性拓撲結(jié)構(gòu)下采用雙絞線連接。第二層－MAC，描述了連接到傳輸介質(zhì)的總線存取方法。Profibus-DP采用一種混合訪問方法。第二層－FLC，規(guī)定了對低層接口。第二層－FMA1/2完成第二層－MAC特定總線參數(shù)設(shè)定和第一層設(shè)定。
　　Profibus-DP是采用主從通訊和令牌通訊的，主站和從站之間靠主站的查詢和從站的響應(yīng)進行通訊。主站和主站之間靠得到總線控制權(quán)（令牌）進行通訊。RS-485是Profibus-DP最常用的一種，通稱為H2，采用屏蔽雙絞銅線電纜，只要符合Profibus-DP協(xié)議的設(shè)備都可以掛在總線上。RS-485每段最多32個站點, 帶中繼器最多可到127點。傳輸可選9.6kbps～12Mbps, 最大距離12Mbit/s時為100m，用中繼器可以加大傳輸距離，網(wǎng)絡(luò)最大傳輸距離可達90km。Profibus是一種國際化、開放式、不依賴于設(shè)備生產(chǎn)商的現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)。另外一種傳輸介質(zhì)是光纖FO傳輸，它用于干擾很大地環(huán)境。
　　Profibus-DP:主要用于現(xiàn)場級的高速數(shù)據(jù)傳輸、解決自動控制系統(tǒng)（如PLC、PC等）通過高速串行總線與分散的現(xiàn)場設(shè)備（I/O、驅(qū)動器、閥門等）之間的通信任務(wù)。使用 Profibus-DP可取代現(xiàn)場的24V或0-20mA的并行信號傳輸技術(shù)。
　　另外，Profibus-FMS（現(xiàn)場總線技術(shù)規(guī)范）:用于過程控制站和操作員站之間的高數(shù)據(jù)量通訊，主要是解決車間監(jiān)控級通訊任務(wù)。Profibus-PA（過程自動化）:主要用于工業(yè)防爆現(xiàn)場。
3.系統(tǒng)構(gòu)成
本系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖如下：

3.1硬件構(gòu)成：
操作員站（HMI）：研華IPPC9150T
可編程控制器：S7-300，CPU315；ET200等
西門子矢量型變頻調(diào)速器6SE70
3.2軟件構(gòu)成：
wincc6.0、step7 V5.3、Drive ES Basic V5.1
4.系統(tǒng)主站

4.1.操作員站（HMI）（二類主站）
　　操作員站位于現(xiàn)場操作臺內(nèi)，在采用研華工控機插入CP5611網(wǎng)卡，CP5611自身不帶微處理器，是短PCI卡，可運行多種軟件包，軟件平臺為Windows 2000，上位監(jiān)控工控組態(tài)軟件為wincc6.0 （Windows Control Center）是Windows環(huán)境下面向?qū)ο蟮?2位工業(yè)控制組態(tài)軟件，它適合任何自動化控制系統(tǒng)，支持多種PLC系統(tǒng)。操作員站上能直觀地一方面進行生產(chǎn)操作，比如：來料寬度、厚度，張力，速度等，一方面進行監(jiān)控生產(chǎn)過程中的各參數(shù)，比如：速度，張力，卷徑等，可以通過棒圖、趨勢曲線等來監(jiān)控各參數(shù)的變化趨勢，有利于對生產(chǎn)過程的全面了解和準(zhǔn)確及時地進行故障判斷。
4.2S7-300CPU315-2DP可編程序控制器（一類主站）
　　S7-300 CPU315作為控制級核心，具有DP和MPI口，采用Profibus－DP現(xiàn)場總線通訊連接各傳動系統(tǒng)和分站。其主要功能有：
　　在電控室的工控機、PLC是建立在現(xiàn)場總線 Profibus網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上的，在PLC上插有通訊網(wǎng)卡為CP343-1，連接到上層信息管理網(wǎng)絡(luò)，在二級計算機上插入CP1613網(wǎng)卡與PLC通訊，同時插入以太網(wǎng)卡與工廠三級網(wǎng)絡(luò)相連，接收和發(fā)送有關(guān)生產(chǎn)信息；而另一塊為S7-315自帶的DP口，連接到底層設(shè)備控制網(wǎng)絡(luò)Profibus-DP。底層設(shè)備控制網(wǎng)絡(luò)主要作用是控制整個工藝流程和相應(yīng)運動，通過現(xiàn)場工業(yè)總線 Profibus網(wǎng)絡(luò)，使工藝控制系統(tǒng)的ET200和各變頻器發(fā)出的控制指令，控制各自相應(yīng)設(shè)備動作。同時， 每臺ET200和各變頻器一方面通過網(wǎng)絡(luò)把自己的狀態(tài)信息發(fā)送到相關(guān)的PLC上，另一方面通過網(wǎng)絡(luò)接受到其它ET200和各變頻器的狀態(tài)信息，以決定下一步動作，保證剪切線連續(xù)正常生產(chǎn)。
4.3二級計算機中：
　　主要提供數(shù)據(jù)歸檔、工藝參數(shù)歸檔，自動生成班次，月報、年報或按品種規(guī)格生成的統(tǒng)計報表，和故障反饋及處理。同時可與工廠工業(yè)以太網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)。軟件平臺為Windows 2000，上位監(jiān)控工控態(tài)軟件為wincc6.0，并且二級計算機中某些權(quán)限比操作員站上的高。
5.系統(tǒng)從站
5.1ET200M（從站）
　　各傳感器信號和大量地I/O設(shè)備就近接入Profibus現(xiàn)場子站，通過IM153模塊的DP口同PLC通訊，這樣可以最大限度的減少現(xiàn)場接線工作，簡化現(xiàn)場布線的復(fù)雜性，同時，可以減少信號衰減和各種干擾對信號的影響。
5.2交流傳動系統(tǒng)（從站）
　　交流變頻調(diào)速技術(shù)優(yōu)越的調(diào)速性能和顯著的節(jié)能效果，使其成為現(xiàn)代化電氣傳動的主要發(fā)展方向之一。本系統(tǒng)采用矢量控制型SEMENS 6SE70系列控制器，其特點：
1）標(biāo)準(zhǔn)化及模塊化。整個變頻器的結(jié)構(gòu)非常緊湊，主板及擴展板都有是通過總線插槽連接，各組件接近，便于維修。由于集成度的提高，使裝置具有很高的可靠性。
2）適應(yīng)電源電壓波動范圍廣，能自動適應(yīng)電網(wǎng)頻率變化45-65HZ。
3）具有很強的自診斷處理功能，提供有關(guān)故障原因的補充信息，維護方便。
4）可采用USS、Profibus-DP、Simolink等多種方式通訊及聯(lián)網(wǎng)。
5）32位CPU全數(shù)字控制，組態(tài)功能豐富。
6）可針對具體交流電機進行優(yōu)化，以達到優(yōu)良的控制性能。
7）頻率精度高，達到0.001Hz，頻率范圍寬，可以輸出0-600Hz的頻率。
　　在交流傳動中一般使用獨立的變頻器裝置驅(qū)動都需增加回饋單元或制動電阻。采用回饋單元方式，其投入成本高，電路復(fù)雜，維護困難。采用制動電阻因為能量全部消耗在制動電阻上，是一種不經(jīng)濟的方式。因此，采用共用直流母線可以自適應(yīng)調(diào)整不同條件下被拖電動機的制動力矩。在剪切線生產(chǎn)中，由于帶材的張力作用，開卷機進入了再生發(fā)電制動狀態(tài)，發(fā)出的電能經(jīng)續(xù)流二極管整流變成直流回饋到直流母線，將制動能量供給其他逆變器，電能節(jié)約也相當(dāng)可觀，比采用制動電阻方式節(jié)電約30%。另外，采用直流母線技術(shù)比各獨立變頻器總投資節(jié)約20%。

　　6SE系列變頻器/逆變器在CUVC主板上通過ADB板上插入CBP2總線適配器連接到Profibus總線上，CBP2具有電隔離的RS485口，變頻器通過CBP2的九針SUB-D的插接器連到Profibus總線上。主站能通過它對變頻器進行運行控制操作、調(diào)節(jié)運行頻率、更改變頻器的功能碼、讀取變頻器的運行狀態(tài)。變頻器也通過CBP2反饋對主站控制信號的應(yīng)答信號，主站可以根據(jù)變頻器的應(yīng)答信號判斷控制信號執(zhí)行情況。
　　通過Drive ES Basic V5.1軟件對變頻器進行參數(shù)設(shè)置, 在周期性的通訊中，Profibus-DP使用PPO（對象過程類）類型作為數(shù)據(jù)傳遞的格式。它有5種PPO類型，根據(jù)信息量大小選擇PPO類型，其報文中有用數(shù)據(jù)為PKW和PZD，PKW為參數(shù)識別值區(qū)，最多4個字，主要是讀寫參數(shù) ，PZD為過程數(shù)據(jù)區(qū)，最多10個字，如：電流、速度的設(shè)定和反饋值等，主要是設(shè)定值和狀態(tài)值。本條線采用的是PPO2類型，使參數(shù)P060=2，并存儲在EEPROM中，參數(shù)便恢復(fù)到缺省值（工廠設(shè)定值）,此后便可根據(jù)現(xiàn)場和工藝要求設(shè)定各裝置參數(shù)。主要參數(shù)為P100控制模式, P101電機額定電壓，P102電動機的額定電流，P107電動機的額定頻率Hz,P108電動機的額定速度，以及各種工藝參數(shù)的選擇設(shè)置等，參數(shù)P734與數(shù)據(jù)塊DB建立數(shù)據(jù)連接，P918變頻器地址等設(shè)定，然后下載到相應(yīng)變頻器，這樣PLC就可以與變頻器建立通訊鏈接，本例是在STEP7中的OB1組織塊中調(diào)用SFC14“DPRD_DAT”、SFC15“DPWR_DAT”系統(tǒng)功能塊同變頻器進行讀、寫數(shù)據(jù)交換，梯形圖如下。

7.結(jié) 論
　　Profibus現(xiàn)場總線技術(shù)，極大地節(jié)約了控制電纜，使現(xiàn)場布線的復(fù)雜性有效的簡化，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更為清晰，節(jié)約了成本，同時也大大縮短了施工、調(diào)試時間。西門子6SE系列變頻器的矢量控制，提高控制系統(tǒng)性能水平，如控制精度和動態(tài)響應(yīng)時間。公共直流母線的采用則可利用開卷機的再生發(fā)電，降低整個機組的能耗。這些技術(shù)的應(yīng)用保證了這條線經(jīng)濟上合理，技術(shù)上先進，滿足銅帶分條的質(zhì)量要求，更為可靠，簡便，節(jié)能。