基于Wincc與MM420/Profibus-DP的電機(jī)控制

蔡志全 顧東陽(yáng) 周浩

1、內(nèi)蒙古科技大學(xué) 014010 2、河北中農(nóng)博遠(yuǎn)農(nóng)業(yè)裝備有限公司 052160

引言

在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中，自動(dòng)化技術(shù)是保證工業(yè)生產(chǎn)的重要手段。變頻調(diào)速現(xiàn)以成為當(dāng)今最重要的調(diào)速方式，采用變頻器構(gòu)成變頻調(diào)速系統(tǒng)不僅能夠提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，改善產(chǎn)品質(zhì)量，提高設(shè)備自動(dòng)化程度，而且還能節(jié)約能源，降低生產(chǎn)成本。常規(guī)的變頻器參數(shù)設(shè)置及變頻器狀態(tài)監(jiān)控，需要通過作為一類主站的S7-300來進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。這樣不僅浪費(fèi)了PLC的強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理功能，而且還使得系統(tǒng)過于冗余復(fù)雜。本系統(tǒng)所要實(shí)現(xiàn)的內(nèi)容是在不使用PLC的情況下，PC機(jī)通過Profibus-DP與MM420變頻器連接對(duì)其進(jìn)行Wincc監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)變頻器參數(shù)的讀寫與給定。

1 Profibus現(xiàn)場(chǎng)總線

Profibus是一種開放式的不依賴于設(shè)備生產(chǎn)商的總線標(biāo)準(zhǔn)，它具有穩(wěn)定的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)EN50170作保證，廣泛應(yīng)用于自動(dòng)化領(lǐng)域 的各個(gè)場(chǎng)合。Profibus包含 Profibus-DP、Profibus-FMS、Profibus-PA三種協(xié)議，其中DP型用于分散外設(shè)間的高速傳輸，適合于加工自動(dòng)化領(lǐng)域的應(yīng)用。

Profibus-DP是一種高速且優(yōu)化的通訊方案，主要用于實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)級(jí)控制系統(tǒng)與分布式I/O及其他現(xiàn)場(chǎng)級(jí)設(shè)備之間的通訊，通過一條總線可實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層到車間級(jí)監(jiān)控的分散式數(shù)字控制和現(xiàn)場(chǎng)通信網(wǎng)絡(luò)。

2 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

將裝有Step7、CP5611板卡以及Wincc軟件的計(jì)算機(jī)作為控制主站，其中Step7進(jìn)行系統(tǒng)環(huán)境的組態(tài)與程序的編寫。組態(tài)軟件Wincc是數(shù)據(jù)采集監(jiān)控系統(tǒng)SCADA的軟件平臺(tái)工具，利用Wincc不僅可以實(shí)現(xiàn)對(duì)控制過程的監(jiān)視，而且還可以通過Wincc的組態(tài)界面實(shí)時(shí)設(shè)置和修改以及讀取變頻器參數(shù)，避免了在STEP7中每次調(diào)試都得修改參數(shù)并下載程序。

CP5611板卡是西門子控制系統(tǒng)最常用的Profibus-DP總線接口卡，用它來實(shí)現(xiàn)與Profibus-DP接口的連接。通過Profibus-DP網(wǎng)絡(luò)二級(jí)主站實(shí)現(xiàn)對(duì)MM420變頻器的參數(shù)讀寫與給定，進(jìn)而控制電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)。系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖

3 系統(tǒng)硬件組態(tài)及參數(shù)設(shè)置

3.1 MM420變頻器參數(shù)設(shè)置

MICROMASTER 420是用于控制三相交流電動(dòng)機(jī)速度的變頻器系列。變頻器由微處理器控制，并采用具有現(xiàn)代先進(jìn)技術(shù)水平的絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）作為功率輸出器件。因此，它們具有很高的運(yùn)行可靠性和功能的多樣性。其脈沖寬度調(diào)制的開關(guān)頻率是可選的，因而降低了電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的噪聲。全面而完善的保護(hù)功能為變頻器和電動(dòng)機(jī)提供了良好的保護(hù)。MICROMASTER 420既可用于單機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，也可集成到“自動(dòng)化”中。

變頻器參數(shù)的設(shè)定如下：使用BPO操作面板，恢復(fù)工廠設(shè)置：P0010=30，P0970=1根據(jù)變頻器和電機(jī)要求參數(shù)設(shè)置如下參數(shù)。

表1 變頻器參數(shù)設(shè)置

系統(tǒng)采用的是WDJ26三相鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)電機(jī)參數(shù)如下：

電機(jī)電壓：380V；電機(jī)接法：Y；電機(jī)額定轉(zhuǎn)速：1430r/min；電機(jī)額定功率：60W；電機(jī)電流：0.35A；電機(jī)頻率：50Hz；電機(jī)的絕緣等級(jí)：E。

3.2 系統(tǒng)硬件組態(tài)

在STEP7中創(chuàng)建一個(gè)新項(xiàng)目，命名并保存；然后右擊該項(xiàng)目名，在彈出的菜單中選擇“InsertNewObject”→“SIMATIC PC Station”；雙擊“Configuration”，打開 PC STATION頁(yè)面，在第一行右擊，選擇“Insert Object”→“User Application”→“Application”，插入 Application；選擇“Insert Object”→“CP PROFIBUS”→“CP 5611”→“…SW V6.0SP4”，然后點(diǎn)擊確定，插入 CP5611；在 New Settings選項(xiàng)卡中選擇1.5Mbps和DP;雙擊CP5611，打開其屬性頁(yè)面，設(shè)CP5611為主站，建立了PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)，設(shè)置PROFIBUS站的地址；在網(wǎng)絡(luò)上添加2個(gè)變頻器作為DP從站：右鍵選擇 Insert Object→PROFIBUS DP→Additional Firld Devices→Drives→SIMOVERT→MICROMASTER4，將地址改為 3和5中進(jìn)行硬件組態(tài)。點(diǎn)擊剛剛插入的MM420變頻器，在地址欄將鼠標(biāo)放在第 0行，點(diǎn)擊右鍵選擇“InsertObject”→“PP0 1”，確定并保存工程，如圖2。

圖2 STEP7組態(tài)圖

配置PC STATION和網(wǎng)卡。點(diǎn)擊“Start”→“Station Configurator”進(jìn)入組態(tài)畫面“PC STATION Configuration Editor”，點(diǎn)擊“Add”，添加“Application”；網(wǎng)卡設(shè)置完成后，在“start”→“Station Configurator”，打開“PC STATION Configuration Editor”，在其中將會(huì)出現(xiàn)組態(tài)后的CP5611；改變PC STATION的站名與在STEP7中組態(tài)的PC站的名稱相同；之后進(jìn)行PC站的下載，如圖3。

圖3 PC站的下載

3.3 Wincc監(jiān)控組態(tài)

打開新項(xiàng)目界面，填寫項(xiàng)目名稱并選擇路徑進(jìn)行項(xiàng)目的創(chuàng)建；添加PROFIBUS-DP協(xié)議：右擊“變量管理”→“添加新的驅(qū)動(dòng)鏈接（N）”→“打開”；在DP連接協(xié)議下，添加新的連接，點(diǎn)擊屬性，設(shè)置連接從站地址為5；配置系統(tǒng)參數(shù)：選擇“CP5412（A2）Board 1”，在右鍵菜單中選擇“Systerm Parameter”設(shè)置系統(tǒng)參數(shù)，在系統(tǒng)參數(shù)分配窗口，分配通信模板號(hào)為1；并添加變量。由于變頻器采用的是PPO1，因此在Wincc中建立的變量為無符號(hào)16位數(shù)，其輸入變量的偏移量（0、4、6、8、10）與變頻器中 PPO1的輸入地址（1-12）相對(duì)應(yīng)，輸出的偏移量（0、4、6、8、10）與 PPO1的輸出地址（0-11）相對(duì)應(yīng)，變量的創(chuàng)建如圖4。

表2 變量格式表

圖4 Wincc中變量的添加

圖5 控制網(wǎng)絡(luò)主畫面

3.4 變頻器參數(shù)設(shè)置C語(yǔ)言程序

3.4.1 變頻器開始停止的程序

3.5 系統(tǒng)與變頻器通信

選擇“開始”→“設(shè)置”→“控制面板”→“SetPG/PC Interface”。設(shè)置訪問點(diǎn)“CP_L1：…＞CP5611（PRFIBUS）”，訪問點(diǎn)“CP5611（PROFIBUS）”；打開剛剛新建的PC Station站選擇

Configuration雙擊打開，選擇Save and compile編譯沒有問題后點(diǎn)擊Donwload to Module下載，并在Wincc中點(diǎn)擊運(yùn)行。通過點(diǎn)擊按鈕即可進(jìn)行變頻器頻率參數(shù)的設(shè)定，進(jìn)而控制電機(jī)的運(yùn)行。

4 結(jié)語(yǔ)

通過PROFIBUS-DP總線實(shí)現(xiàn)了對(duì)西門子MM420變頻器組網(wǎng)，并進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控控制。即使在沒有采用PLC的情況下系統(tǒng)也能夠快速的響應(yīng)，具有操作簡(jiǎn)單，運(yùn)行穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。將此方法應(yīng)用于試驗(yàn)臺(tái)中，經(jīng)測(cè)試達(dá)到了控制的效果。

[1]甘永梅,李慶豐等.現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)及其應(yīng)用[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2004.

[2]蘇昆哲.深入淺出西門子Wincc V6[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社,2004.

[3]Wincc通信手冊(cè)[M].西門子（中國(guó)）有限公司自動(dòng)化驅(qū)動(dòng)集團(tuán)，1999.

[4]羅紅福.Profibus－DP現(xiàn)場(chǎng)總線工程應(yīng)用實(shí)例解析［M］.北京：中國(guó)電力出版社，2008.

[5]方彥軍,胥軍.Profibus-DP高速現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)的組建[J].工業(yè)儀表與自動(dòng)化裝置,2005（3）：44-47.