基于現(xiàn)場總線的濾棒獨立驅動設計

[摘要]PROFIBUS-DP是一種高速（數(shù)據(jù)傳輸速率9.6kb/s-12Mb/s）的經(jīng)濟的設備級網(wǎng)絡，主要用于現(xiàn)場控制器與I/O之間的通信，可滿足交直流調速系統(tǒng)快速響應的時間要求。本文針對傳統(tǒng)的運動控制模式提出了一種高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)木W(wǎng)絡運動控制系統(tǒng)的解決方案，并在開松機獨立驅動的技術改造上得到了很好的應用。該系統(tǒng)運用了價格便宜的屏蔽雙絞線電纜將一臺PLC和四臺電機以及一臺觸摸屏聯(lián)到一起，它們之間可以進行數(shù)據(jù)交換。該系統(tǒng)可通過工業(yè)以態(tài)網(wǎng)方便擴展Internet遠程監(jiān)控，實現(xiàn)工業(yè)自動化設備網(wǎng)與上層管理﹑監(jiān)控網(wǎng)之間的無縫集成，既所謂的“E（EtherNet）網(wǎng)通，”有利于企業(yè)綜合自動化﹑信息化進程。

[關鍵詞]PROFIBUS-DP；PLC；獨立驅動

引言

ZL22型濾棒成型機組是中煙公司87年從德國HAUNI公司引進的技術，其開松傳動系統(tǒng)采用的方式是由三臺無級變速器及一臺減速器構成，這種機械式的傳動方式的新機型相比有不足之處，它主要反映在：

1）設備運行一段時間必須檢查﹑檢修其無級變速器，以避免由于鏈條的松動造成開松輥的速比波動大導致濾棒重量波動，重量波動將最終導致吸阻波動，依據(jù)相關資料得知，無級變速比每波動1%，將造成濾棒吸阻波動2%-4%。

2）無級變速器長期使用易造成漏油現(xiàn)象。

3）無級變速器有使用壽命，磨損到一定程度必須更新，進口無級變速器價格較高。

4）甘油泵驅動采用圓盤減速器，在起車或低速運行階段甘油量供應不穩(wěn)定，有時造成噴灑量不夠而此時操作人員又無法進行實時補償，有可能導致濾棒甘油噴灑不均現(xiàn)象。

1、系統(tǒng)要求

AF2獨立驅動系統(tǒng)需要控制轉向輥﹑拉伸輥1#﹑拉伸輥2#﹑甘油泵噴灑量，使之與主機的運行速度成正比，并能夠顯示和控制其值的大小。

要求將設備上的四個減速器全部去掉后用四個電機代替，生產的濾棒重量﹑吸阻﹑甘油含量均達到標準值。減少系統(tǒng)的線纜敷設，減少系統(tǒng)故障的發(fā)生，易于檢修和維護。

2、系統(tǒng)設計

2.1 系統(tǒng)硬件結構

PROFIBUS-DP被應用于獨立驅動系統(tǒng)，整個系統(tǒng)由PROFIBUS-DP主站﹑PROFIBUS-DP從站及其現(xiàn)場設備組成。PROFIBUS-DP總線將所有設備連接起來。其中，PROFIBUS-DP主站為CPU315-2DP模塊，從站為相應的I/O模塊。

1）DP的RS-485傳輸

PROFIBUS-DP使用的傳輸技術和總線存取協(xié)議，可以在同一根電纜上同時運行。

DP符合EIA RS-485標準，采用價格便宜的屏蔽雙絞線電纜。一個總線段的兩端各有一套有源的總線終端電阻。傳輸速率9.6kb/s-12Mb/s，所選的傳輸速率適用于連接到總線段上的所有設備。一個總線段最多32個站。

2）CPU

CPU位于控制中心，本系統(tǒng)采用CPU315-2DP模塊化型PLC，它具有強大的處理能力，并集成了PROFIBUS-DP現(xiàn)場總線接口裝置，同時對二進制和浮點數(shù)運算具有較高的處理能力，字處理能力為0.3μs。PLC程序在上位機的編程工具STEP7中編譯完成后下載到CPU315，并存儲在 CPU315中。CPU315可自動運行該程序，根據(jù)程序內容讀取總線上的所有I/O模塊的狀態(tài)字，控制硬件設備。

3）人機界面HMI

HMI用于監(jiān)控系統(tǒng)的運行情況，本系統(tǒng)人機界面采用TP170B（彩色）。SIMATIC HMI是一個完整產品系列，有文本顯示，文本圖形操作員控制面板和觸摸式面板，其具有的集成性減少了配置成本。簡單快速配置：配置數(shù)據(jù)是可恢復的；可用標準Windows工具進行配置；使用軟鍵﹑功能鍵或觸摸控制，簡化了操作，也保障了操作的安全性：易于使用主要歸功于標準的界面設計原理；提供快速的聯(lián)機幫助信息；和西門子PLC完美結合，使整個系統(tǒng)在硬件和軟件上均達最優(yōu)化。

4)控制器

本系統(tǒng)需要很強的隨動性，故選用倫茨的9300ES控制器，它具有占用空間小，組態(tài)性能強的特點；9300伺服控制器可以利用操作模塊進行參數(shù)設置，狀態(tài)顯示以及故障診斷；并可利用調整電子齒輪輕松實現(xiàn)比例同步，而旋轉變壓器﹑正余弦編碼器等反饋元件可確保精度驅動。這一切都使9300伺服控制器操作更為輕松，快捷。

2.2系統(tǒng)軟件結構

軟件結構部分包括Windous XP操作系統(tǒng)﹑主站編程軟件﹑從站編程軟件﹑監(jiān)控軟件。

1）主站編程軟件

本系統(tǒng)采用SIMATIC S7-300的配套編程工具STEP7完成硬件組態(tài)﹑參數(shù)設置﹑PLC程序編制﹑測試﹑調試和文檔處理。用戶程序由組織塊（OB）﹑功能塊（FB﹑FC）和數(shù)據(jù)塊（DB）構成。其中，OB是系統(tǒng)操作程序與應用程序在各種條件下的接口界面，用于控制程序的運行。FB﹑FC是用戶子程序。在CPU315-2DP與9300ES進行數(shù)據(jù)交換時，用SFC14“DPNRM_DAT”讀取DP標準從站的連續(xù)數(shù)據(jù)，用SFC15“DPWR_DAT”向DP標準從站寫連續(xù)數(shù)據(jù)。

2）從站編程軟

本系統(tǒng)倫茨控制器使用Unit Control格式的過程通道控制，變頻器上電后無需由PLC對控制字操作進行初始化就可以使變頻器使能 (靠硬件使能控制)，所以編程相對簡單。同時，Unit Control的控制字和狀態(tài)字(即過程通道通訊的第一個字)的利用率很高，只需一個控制字即可實現(xiàn)啟/停，正/反轉。

2.3系統(tǒng)調試

在實驗室模擬現(xiàn)場情況進行調試，在調試中先后修改數(shù)次，實現(xiàn)對編碼器的準確跟蹤。經(jīng)過充分的準備后去現(xiàn)場調試，在調試中因為加上的負載慣性較大，各個電機對編碼器的跟蹤就出現(xiàn)了問題。電機轉動總是找不準停止的位置。經(jīng)過調整MCTRL的相位控制及速度控制的參數(shù)以后才達到了系統(tǒng)運行的要求。

3、結束語

本系統(tǒng)在各煙廠安裝后，通過長時間的運行觀察，大大提高了濾棒質量。減少了系統(tǒng)的發(fā)生，易于檢修和維護，受到一致好評。

參考文獻

[1]廖常初 S7-300/400 PLC 應用技術

[2]Control Engineering Profibus 第三期 基于PROFIBUS現(xiàn)場總線的煤礦井下膠帶監(jiān)控系統(tǒng)

[3]山鋁水泥廠鄒爽 基于PLC的旋窯監(jiān)控系統(tǒng)的開發(fā)

作者簡介

劉建中（1965.5.27），遼寧省沈陽市人，男，（漢），大學本科，工程師，煙機設備方向