FC302 變頻器與S7- 300 在煙草生產(chǎn)車間中的升級應(yīng)用

趙宏杰

（漯河技師學(xué)院，河南 漯河 462000）

1 丹弗斯變頻器介紹

丹佛斯傳動控制致力于在諸多工業(yè)領(lǐng)域開發(fā)變頻調(diào)速器。變頻調(diào)速器可以控制速度、轉(zhuǎn)矩、加速度、同步、同位和交流（AC)電動機(jī)的整體性能，其業(yè)務(wù)領(lǐng)域涵蓋包括煙草、暖通空調(diào)、食品飲料、水處理、紡織、造紙、化工、金屬加工等多個行業(yè)。丹佛斯變頻器的產(chǎn)品線功率范圍從0.18 kW 到1 400 kW。

丹佛斯FC302 變頻器支持長達(dá)150 m 的電機(jī)屏蔽電纜，可以和PLC 一起，集中安裝在控制室即可實現(xiàn)遠(yuǎn)距離控制電機(jī)，滿足了全廠皮帶傳輸系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)、制冷系統(tǒng)和排煙除塵系統(tǒng)的風(fēng)機(jī)水泵可靠控制，并實現(xiàn)節(jié)能超過20%，丹佛斯友好的中文人機(jī)界面，也得到了現(xiàn)場員工一致認(rèn)可[1]。自動化高架庫物流系統(tǒng)也大量使用丹佛斯FC302 變頻器，其精確定位功能實現(xiàn)輔助材料和卷煙成品儲存及進(jìn)出庫的高度自動化、智能化。丹佛斯變頻器優(yōu)秀的EMC 性能使得即便是如此大量且密集的使用，也不會對溫度儀表、壓力儀表等設(shè)備產(chǎn)生電磁干擾，保證了整個生產(chǎn)系統(tǒng)的可靠性，相對于西門子系列變頻器性價比更高。

2 西門子S7-300PLC

西門子距離推出S7-300/S7-400 系列已經(jīng)很多年，之后西門子一直不斷的尋找升級的可能性，其中PCS7 就是一個升級失敗的產(chǎn)品，期間西門子強(qiáng)力推廣西門子博途系列即S1200 和S1500，并終獲得成功，其中S1200 對應(yīng)的是S7-200 系列，S1500 對應(yīng)的是S7-300/400 系列，西門子系列PLC 的質(zhì)量和品質(zhì)是很多產(chǎn)品是國內(nèi)PLC 生產(chǎn)廠家無法比擬的。對于具有PRIFINET 接口的S7-300 的PLC，完全可以通過升級改造勝任產(chǎn)線的需求[2]。

3 改造前的變頻器控制系統(tǒng)

卷煙廠某個車間的變頻控制系統(tǒng)如下：要求具有三相異步電動機(jī)的正轉(zhuǎn)啟動，高速、中速、低速的切換；由于產(chǎn)線的升級需求，需要通過傳送帶機(jī)構(gòu)，并配合工業(yè)機(jī)器人完成智能搬運，待特定的加工工序后，重新把加工后的物料搬運回傳送帶，運輸物料的定位精度要求極高。

實際控制系統(tǒng)中，由于丹弗斯FC302 變頻器控制端子的輸入公共端為+24 V,而西門子S7-300 的晶體管輸出端為0 V,所以無法進(jìn)行端子的點對點控制，需要在S7-300 的輸出端外接24 V 中間繼電器。S7-300用四個PLC 的輸出點，來實現(xiàn)實現(xiàn)皮帶傳輸系統(tǒng)的精確定位，由于PLC 輸出外接繼電器，頻繁的切換控制要求，不僅浪費了中間繼電器的資源成本，而且提高了生產(chǎn)線的故障率，且繼電器的通電時間和斷電時間的延遲性，造成定位精度不高，增加了調(diào)試的難度[3]。改造前的西門子S7-300 與FC302 變頻器原理接線圖見圖1。

圖1 改造前的西門子S7-300 與FC302 變頻器原理接線圖

4 改造后的變頻控制系統(tǒng)

改造后的西門子S7-300 與FC302 變頻器原理接線圖，見圖2。

圖2 改造后的西門子S7-300 與FC302 變頻器原理接線圖

（1） 博途軟件中，添加完正確的CPU315-PN/DP后，在菜單欄中選擇“選項”＞＞“管理通用站描述文件（GSD）”，在管理通用站描述文件中，從源路徑中選擇對應(yīng)的FC302 的GSD 文件并安裝，見圖3。

圖3 管理通用站描述文件

（2） 在設(shè)備與網(wǎng)絡(luò)＞硬件目錄中，選擇“其他現(xiàn)場設(shè)備”＞＞“其他以太網(wǎng)設(shè)備”“PROFINET IO” ＞＞“Drives ” ＞＞ “Dan foss Drives A/S” ＞＞“VLT@FC Series”＞＞“Dan foss FC PN”雙擊添加；手動連接PROFINET 綠色總線PN/NE_1，并設(shè)置PLC與變頻器為一個頻段。本案例中，設(shè)置PLC 地址為192.168.0.1；設(shè)置FC302 地變頻器址為192.168.0.2；設(shè)備與網(wǎng)絡(luò)設(shè)置界面見圖4。

圖4 設(shè)備與網(wǎng)絡(luò)設(shè)置界面

（3） 點擊Dan foss FC PN 組態(tài)模塊，在硬件目錄中選擇報文PPO3，點擊并確認(rèn)，從此選項中獲取組態(tài)地址為Q256--Q259，見圖5。

圖5 硬件目錄中選擇報文PPO3

（4） 丹弗斯FC302 變頻器參數(shù)設(shè)置流程。

a.恢復(fù)出廠設(shè)置。

選擇14-22 Operation Mode ＞＞按[OK]（確定）＞＞選擇“初始化＞＞按[OK]（確定） ＞＞切斷主電源，等待顯示屏關(guān)閉＞＞重新連接主電源此時變頻器已復(fù)位。

b.電動機(jī)參數(shù)。

電動機(jī)的參數(shù)設(shè)置在P1-20 到P1-23。設(shè)置P1-20: 電機(jī)功率為0.18 kw；P1-22: 電機(jī)電壓為380 v；P1-23:電機(jī)頻率為50 HZ；P1-24:電機(jī)電流為0.32 A；P1-25:電機(jī)轉(zhuǎn)速為1 400 r/min；P3-03:設(shè)置最大轉(zhuǎn)速為1 500 r/min；同時設(shè)置P4-10:電動機(jī)極限為雙向控制，見圖6～圖7[4]。

圖6 設(shè)置電動機(jī)參數(shù)

圖7 設(shè)置電動機(jī)極限

c.通信設(shè)置。

設(shè)置通信方式為遠(yuǎn)程控制＞＞總線信號，并在以太網(wǎng)中修改地址為192.168.0.2；需要注意的是，變頻器FC302 的27 端子須和12 短接（或者P5-12 設(shè)置為0），否則變頻器無法啟動，見圖8～圖9[5]。

圖8 設(shè)置通信方式

圖9 設(shè)置以太網(wǎng)地址

（5） 編程示例。

當(dāng)按下I0.0 后，變頻器帶動電動機(jī)以低速正轉(zhuǎn)運行；當(dāng)按下I0.1 后，變頻器帶動電動機(jī)以中速正轉(zhuǎn)運行；當(dāng)按下I0.2 后，變頻器帶動電動機(jī)以高速正轉(zhuǎn)運行；當(dāng)按下I0.3 后，變頻器帶動電動機(jī)停止；當(dāng)QW256 賦值為16#047C 代表正轉(zhuǎn)信號，當(dāng)QW256 賦值為16#847C 代表發(fā)轉(zhuǎn)信號，QW256 賦值為16#043C代表停止信號，QW258 賦值為電動機(jī)運行的頻率，本項目升級改造的實驗程序見圖10。

圖10 升級改造后的實驗程序

5 結(jié)論

本案例完成了某大型卷煙廠的生產(chǎn)車間升級改造，由原來的西門子S7-300 端子控制FC302 變頻器的正轉(zhuǎn)啟動和多段速運行，升級改造為PROFINET 通信控制，既減少了硬件接線，也簡化了調(diào)試流程，并且后期還可以通過重新組態(tài)，實現(xiàn)一臺S7-300 控制多臺FC302 變頻器遠(yuǎn)程高精度定位控制。同時也提高了生產(chǎn)的效率和優(yōu)化了生產(chǎn)線控制的流程，具有很高的實用價值和創(chuàng)新價值。

PROFINET 工業(yè)以太網(wǎng)通信，具有很好的實時性，可以直接連接現(xiàn)場設(shè)備，使用組件化的設(shè)計；PROFINET 還支持分布的自動化控制方式，經(jīng)過改進(jìn)使用于工業(yè)現(xiàn)場的以太網(wǎng)，就成為工業(yè)以太網(wǎng)。PROFINET 具有多制造商產(chǎn)品之間的通訊能力，自動化和工程模式，并針對分布式智能自動化系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化，其應(yīng)用結(jié)果能夠大大節(jié)省配置和調(diào)試費用。但是相對于稍微年長一些企業(yè)維修技術(shù)人員和工程師來說，PROFINET 卻是一項新的技術(shù)，如果沒有經(jīng)過專業(yè)的技術(shù)培訓(xùn)，當(dāng)產(chǎn)線出現(xiàn)新的通信故障后，將會無從下手。這就需要技術(shù)管理部門針對企業(yè)維修人員開展定期的相關(guān)設(shè)備培訓(xùn)指導(dǎo)，并進(jìn)行案例總結(jié)，形成一整套故障檢修方案，以減少設(shè)備故障維修周期帶來的經(jīng)濟(jì)損失。