淺談西門子自動化產品在實驗室中的應用

徐麗

鞍鋼教育培訓中心 遼寧 鞍山 114032

前言

鞍鋼集團電氣自動化控制設備絕大部分使用西門子產品，其中可編程序控制器S7-300、400以及6SE70系列變頻器的保有量極高，西門子產品的可靠性及先進性受到大家一致好評的同時，也為企業(yè)創(chuàng)造了顯著的經濟效益。在這些年維護和新上改造項目的過程中現(xiàn)場維護人員對WINCC、STEP7、Drive Monitor、Stater等軟件的掌握程度參差不齊，盡快提高現(xiàn)場維護人員對西門子系列軟件的應用水平是一件十分急迫的事情。

針對以上情況，培訓中心籌建了西門子自動化控制實驗室，實驗室中以4套S7-1500PLC為控制中心，與4臺西門子S120變頻器實現(xiàn)PROFINET通信，通過上位機WINCC畫面控制相應變頻器帶動電機旋轉調速，同時通過趨勢畫面可以觀察各變頻器運行的各項數(shù)據(jù)趨勢（如電流、運行頻率、轉矩、電機溫度等）。

1 控制系統(tǒng)構成

1.1 系統(tǒng)硬件配置

實驗室中的軟硬件配置主要根據(jù)現(xiàn)有自動化控制方式為基準，同時兼顧西門子新產品使用方法的學習和練習，為職工以后更好維護現(xiàn)場設備打下良好基礎，系統(tǒng)的硬件配置包括：CPU1511、AI/AO 模擬量模塊、DI/DO數(shù)字模塊、高速計數(shù)模塊FM350、S120變頻器、M440變頻器、6SE70變頻器等[1]。

1.2 系統(tǒng)軟件配置

為了配合以上硬件系統(tǒng)能夠實現(xiàn)相應的控制功能，計算機安裝了Windows 7操作系統(tǒng)及必要的西門子軟件，包括TIA PORTAL V15、WinCC 7.0、DriveMonitor、STEP7 V5.5、Starter V4.2等。

1.3 系統(tǒng)的配置特點

為使實驗室更好地服務于生產，實驗室的軟、硬件配置都結合生產現(xiàn)場的實際情況，并考慮了今后技術的發(fā)展情況，使職工掌握的技術貼近生產實際、更具針對性。

（1）通過在構成的PROFIBUS網絡，以計算機作為上位機，通過Profibus網絡不但能夠方便地通過WINCC畫面監(jiān)控各變頻器的運行，更重要的是能夠通過Drive ES軟件在TIA PORTAL中直接通過Drive Monitor、Starter進入各變頻器的參數(shù)界面，使得修改和監(jiān)視變頻器參數(shù)更加便捷。

（2）針對現(xiàn)場電機的拖動控制方式1主3從，每臺電機為有編碼器的矢量控制，變頻器之間控制設計成通過Simolink卡的主從控制，可以讓學員在實驗室中通過Simolink網絡進行6SE70主從調試練習。

（3）將變頻器設計成有編碼器的矢量控制（P100=4）的控制方式，電機編碼器信號通過脈沖分配器分成兩路，一路接入變頻器，另一路接入PLC的高速計數(shù)模板，通過STEP7軟件可以實時監(jiān)視編碼器的計數(shù)值，讓學員在進行驅動調試練習的同時掌握通過高速計數(shù)模板采集電機編碼器的計數(shù)值。

（4）安裝S120變頻器可使學員使用Starter軟件進行調試練習，為進一步學習調試Sinamics G、S系列變頻器打下良好的基礎。

（5）在S7-1500PLC上選用8通道模擬量輸入模板，可以進行多種模擬量信號的采集（包括0-5、10V電壓信號，2線制4-20mA電流信號，4線制4-20mA電流信號，Pt100標準型熱電阻信號等）；選用模擬量輸出模板，可通過外部掛線實現(xiàn)變頻器的無級調速。

2 控制系統(tǒng)完成的功能：

實驗室所能完成的功能主要包括以下幾方面。

2.1 WINCC視窗控制界面的功能

整個WINCC界面由主畫面和窗口畫面組成，點擊主畫面左側的按鈕可以改變主畫面中窗口畫面的內容，主畫面中還可以顯示系統(tǒng)當前時間和室內溫度。窗口畫面共有8幅，其中6幅分別為驅動裝置的操作、監(jiān)視界面，1幅是驅動裝置報警記錄畫面，1幅是模擬量信號練習畫面，同時WINCC軟件的Horn功能激活，相應裝置故障報警時微機揚聲器發(fā)出不同的報警聲。通過操作相應窗口畫面中的按鈕可以進行驅動裝置的啟動停止、用鼠標拉動滾動條能夠實現(xiàn)相應電機的調速，同時監(jiān)視各電機的運行參數(shù)趨勢（包括電機溫度、電機電流、實際轉速、轉矩等）。

2.2 PLC可實現(xiàn)的控制功能

實驗室中包括4部S7-1500PLC和4部S7-400PLC，兩者之間通過PROFINET通信網絡實現(xiàn)數(shù)據(jù)的交換。

S7-1500PLC、ET200SP硬件系統(tǒng)中有AI模擬量輸入模塊模板通道經過設定同時兼容電流、電壓等多種模擬量信號，采集信號在程序中經過一系列數(shù)據(jù)轉換最終按量程顯示在微機畫面。

S7-1500PLC是本實驗室的控制核心，通過PROFINET網絡實現(xiàn)與上位機和其余從站設備的通訊，TIA PORTAL中，可以很方便地通過PROFINET通信網絡直接觀察和修改S120、6SE70和M440驅動裝置的控制參數(shù)。

2.3 驅動裝置完成的功能

變頻器除了控制方式為有編碼器的矢量控制外，還有無編碼器的矢量控制。為了模擬在PLC系統(tǒng)故障的情況下繼續(xù)操作變頻器拖動電機運行，可以通過接入變頻器控制端子的手持按鈕盒選擇開關將操作方式切換到就地非PLC控制，變頻器的運行信號經手持按鈕盒通過接線端子輸入變頻器，此時變頻器能夠按固定頻率給定在脫離PLC控制的情況下運行。

3 項目運行、應用體會

西門子S7-1500PLC和變頻器控制性能優(yōu)異，控制和保護功能完善，可適用于各種變速驅動裝置，基本上能滿足各種應用場合的使用要求。實驗室的建立，培訓任務將增加，現(xiàn)場職工的整體技術水平會得到有效提升，同時許多改造在實施之前按控制原理在此系統(tǒng)中先行試驗論證，在改造實施期間能最大限度做到心中有數(shù)，使改造順利完成并達到預期的使用效果。