直流調(diào)速總線系統(tǒng)在機械壓力機上的應用

于英剛，許洪剛，張 華，李中華

（合肥合鍛機床股份有限公司，安徽 合肥 230601）

近年來，隨著自動化技術應用的越來越廣泛，客戶對機械壓力機（如上海華普研制的JH39-630型閉式四點機械壓力機）的滑塊行程次數(shù)有了更多要求，促進了對主電機調(diào)速功能的深入研發(fā)。調(diào)速器采用Profibus-DP現(xiàn)場總線控制模式后，系統(tǒng)的穩(wěn)定性和實時性得到較大提高，而且可根據(jù)工藝需要進行靈活的功能修改，大大節(jié)約了成本。用Profibus-DP構成傳動系統(tǒng)，達到了非常滿意的效果。采用這種方式可經(jīng)濟、有效地解決在傳動系統(tǒng)中自動化信息的傳遞問題，是目前值得大力推廣的系統(tǒng)解決方案。

1 系統(tǒng)設計

以JH39-630型閉式四點落料壓力機為例，其控制系統(tǒng)核心采用西門子S7-300可編程控制器，并帶有DP接口，以實現(xiàn)整機的分布式I/O系統(tǒng)，SIMENS公司Profibus網(wǎng)絡控制技術，S7-300中央處理器通過集成在CPU上的Profibus-DP接口連接到Profibus網(wǎng)絡上。帶有Profibus-DP主站/從站接口的CPU可使用戶方便實現(xiàn)高速的分布式自動化組態(tài)，從用戶角度看，通過Profibus-DP分布式I/O就象處理集中的I/O一樣，具有相同的組態(tài)、地址和編程。

SIMENS公司Profibus網(wǎng)絡控制技術在硬件上，包括S7-300 CPU315-2DP中央處理主站單元，遠程輸入單元，遠程輸出單元。網(wǎng)絡正常工作時，主站單元上綠色指示燈亮，發(fā)生故障時，紅色指示燈亮。S7-300 CPU315-2DP中央處理主站單元網(wǎng)絡地址號為2，其余各站網(wǎng)絡地址號在相應的從站耦合器上設定。當各站網(wǎng)絡地址號設定后，各遠程輸入單元輸入信號地址自動設定，各遠程輸出單元輸出信號地址自動設定。各輸入輸出地址在整個系統(tǒng)中是唯一的，出廠時已設定好。6RA70調(diào)速系統(tǒng)在配置了CBP2通訊板后，就可以通過總線成為此網(wǎng)絡中的一個從站。其輸入輸出地址區(qū)也在配置硬件的時候自動設定。

調(diào)試以及配置所具備的條件包括：調(diào)試電腦中安裝Step 7 v5.3版本或以上版本；所配備的控制系統(tǒng)中帶有DP通訊接口，本機使用的CPU型號為：6ES7315-2AH14-0AB0（配有DP接口和MPI接口）；總線通訊電纜，本機選用的是德國蘭譜高品質(zhì)總線電纜；總線連接器，用于通訊電纜和接口的連接；直流調(diào)速器一臺，裝置中配備Profibus通訊板CBP2（型號為6SE7090-0XX84-0FF5）。

2 組態(tài)

具備了以上軟硬件設施條件，以下要分兩個步驟進行。

2.1 在PLC中對該系統(tǒng)進行組態(tài)

（1）打開SIMATIC MANAGER，通過相應的菜單組建要調(diào)試的項目，輸入項目名稱；在下方有該項目所在的存儲位置。

（2）完成上述工作后，點擊“OK”按鈕，則會彈出包含該項目所有信息的窗口，然后在右鍵彈出的快捷菜單中選擇“插入新對象”插入“SIMATIC 300站點”，這時即可看到選擇的對象出現(xiàn)在右側(cè)屏幕上。

（3）雙擊左側(cè)“SIMATIC 300”圖標，再雙擊右側(cè)生成的“硬件”圖標，如圖1所示。出現(xiàn)“硬件組態(tài)”窗口，現(xiàn)在就可以組態(tài)所使用的了，在“查看”菜單中選擇“目錄”項，屏幕左側(cè)便會出現(xiàn)“硬件目錄”窗口。

圖1 配置硬件圖

（4）建立元件安放機架，然后根據(jù)所選元件訂貨號依次放入機架中，如電源、CPU、IM360、輸入輸出模塊等，在插入CPU模塊時，會自動彈出Profibus組態(tài)畫面，點擊“新建”按鈕，出現(xiàn)一條profibus，組態(tài)總線站地址，產(chǎn)品設置為2?？偩€的傳輸速率為“1.5Mbps”，DP行規(guī)，無中繼器、OBT等網(wǎng)絡元件。點擊“OK”按鈕確認并存盤，然后組態(tài)前面所述的本地模塊。

2.2 根據(jù)軟件組態(tài)在調(diào)速裝置中進行參數(shù)設定

6RA70作為DP的一個從站，就要把它掛到Profibus網(wǎng)上，從部件目錄中選擇該元件，設置好其站號，本機設置為5，在其屬下的槽位中設置6RA70的通訊區(qū)，一位通訊區(qū)與具體應用有關，所以在組態(tài)之前應確認通訊的PPO類型，本機選用的通訊區(qū)為PPO1型。

Profibus-DP報文借助報文進行數(shù)據(jù)交換。在每一個報文中，有用數(shù)據(jù)都分為兩部分被傳輸：①參數(shù)（參數(shù)識別值：PKW）；②過程數(shù)據(jù)（PZD）。

在PKW范圍內(nèi)，所有需要讀和寫的參數(shù)值或由參數(shù)特性確定讀的數(shù)據(jù)都被傳輸，在PZD范圍內(nèi)，包含了所有的為控制一個調(diào)速系統(tǒng)所必需的信息，控制信息（控制字）和裝置的給定值是由Profibus-DP主動裝置傳送給從動裝置。反方向說，關于從動裝置的狀態(tài)的信息（狀態(tài)字）和實際值（速度值、電流值等）按照相反的方向被傳送，在報文中，參數(shù)識別值（PKW）和過程數(shù)據(jù)（PZD）部分的長度是由主動裝置來決定的。除此之外，主動裝置還決定通訊的波特率，而對于從動裝置而言，只有數(shù)據(jù)總線的地址和報文停歇時間可以被調(diào)節(jié)。

組態(tài)步驟如下：①選擇從站；②設置站號；③選擇通訊區(qū)類型（PPO1型）。圖2為從站選擇，圖3為地址分配，地址分配從4PKW/2PZD（256-267）。

圖2 從站選擇

圖3 從站的地址分配

上述步驟完成后，存盤編譯并下載到CPU中。

2.3 根據(jù)組態(tài)的硬件系統(tǒng)設置調(diào)速系統(tǒng)的參數(shù)

涉及到裝置的參數(shù)有以下幾個：

（1）P927：參數(shù)化的接口功能，用于定義裝置的參數(shù)化實現(xiàn)的方式。其參數(shù)值意義如下——0：無；1：通訊板（CBP2）；2：參數(shù)化單元（PMU）；4：G-SST1 串行接口和 OP1S；8：備用；16：工藝板（TB）；32：GSST2串行接口；64：G-SST3串行接口。

參數(shù)設置類似于8421碼，所設的參數(shù)值為所選類型序號的總和，亦即所選功能的組合。

（2）P918：CB總線地址，必須和前面組態(tài)地址一致。如果出現(xiàn)站號設置錯誤，裝置則會報錯：F080，故障值為5。

（3）U722=10MS：報文監(jiān)控時間。變址1：表示第一塊CB板的電報故障時間，關于該時間的設定，關系到故障報警F080的出現(xiàn)時間。如果附加板無過程數(shù)據(jù)交換的時間超過此設定值，則會出現(xiàn)上述報警。

（4）P648：代表控制字1的源，由于本產(chǎn)品采用的是總線控制，所以設置為3001；即為K3001:代表通過第一塊CB/TB板接收到的數(shù)據(jù)，字1，為控制字PZD1。

（5）P644，001=3002：代表主給定的源，為 PZD2來自第一塊CB/TB板接收到的數(shù)據(jù)，字2。

（6）U744，001=32 即 K32：狀態(tài)字 1，002=167 即K167，選擇的是速度實際值。

3 編制程序

在組態(tài)完硬件并設置好參數(shù)后，就可以編制相應的控制和讀取程序了。對應于讀寫過程數(shù)據(jù)（PZD）的系統(tǒng)數(shù)據(jù)塊為SFC14和SFC15，SFC14是用于讀取6RA70從站的數(shù)據(jù)，比如狀態(tài)字、速度實際值等。SFC15是用于將控制數(shù)據(jù)寫入從站中，比如控制字、速度給定值等。具體程序如圖4所示。

圖4 控制字、狀態(tài)字的程序控制

在控制實現(xiàn)上，控制字的賦予值，決定裝置的控制方式，通過賦予DB101.DBW20相應的數(shù)值，啟動調(diào)速器運行，本例所設數(shù)值為W#16#9C7F。運行后調(diào)速器會按照所設的給定速度運行。

4 CBP2通訊板使用說明

此選件板通過Profibus通訊協(xié)議將裝置和其他更高級別的自控系統(tǒng)連接起來。圖5為該通訊板示意圖。

圖5 CBP板示意圖

為顯示當前運行狀態(tài)，選件板裝有3個發(fā)光二極管，分別為綠色、黃色和紅色，電源電壓由裝置提供。顯示在選件板前端的3個發(fā)光二極管的具體意義為：黃色代表通訊板與基本裝置進行數(shù)據(jù)交換；紅色代表CBP2板運行；綠色代表通過Profibus總線進行數(shù)據(jù)交換。在正常運行狀態(tài)下，三個燈同時閃亮，以相同的頻率閃爍，如果其中任何一個燈持續(xù)地亮或滅，就表明有一個異常條件發(fā)生。

5 結束語

綜上所述，總線技術應用到調(diào)速裝置上后，大大提高了控制系統(tǒng)水平，減少了相應繁瑣的接線，也相應降低了成本，值得行業(yè)推廣應用。

[1]SIMOREG DC Master.6RA70系列全數(shù)字直流調(diào)速裝置使用說明書.北京：西門子電氣傳動有限公司（SEDL）版本13，索引號：056 000 2000.21.

[2]Siemens公司.S7-300可編程控制器手冊.2003.

[3]劉澤祥，主編.現(xiàn)場總線技術[M].北京：機械工業(yè)出版社，2011.