基于PROFIBUS的變頻器在連鑄切割機(jī)中的應(yīng)用

圖2切割機(jī)控制系統(tǒng)

（2）切割機(jī)主要傳動(dòng)系統(tǒng)

●切割機(jī)的行走：一臺(tái)SIEMENSMICROMASTER440型變頻器拖動(dòng)兩臺(tái)0.75kW電機(jī)，電機(jī)帶熱開關(guān)保護(hù)，每臺(tái)電機(jī)帶有一個(gè)電磁抱閘線圈，行程控制是由一個(gè)增量型編碼器和行程限位開關(guān)組成。
●切槍的行走驅(qū)動(dòng)：每個(gè)切槍的行走是由一臺(tái)SIEMENSMICROMASTER440型變頻器拖動(dòng)1臺(tái)0.3kW電機(jī)進(jìn)行的，切槍行走的位置分別由兩個(gè)增量型編碼器和接近開關(guān)控制。
●切割機(jī)的升降系統(tǒng)：切割車的升降是由一臺(tái)變極調(diào)速電機(jī)（285/1375rpm0.28/2.3kW）采用接觸器正反轉(zhuǎn)雙繞組六抽頭進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的，行程控制是由限位開關(guān)組成的。

4Profibus現(xiàn)場(chǎng)總線

4.1現(xiàn)場(chǎng)總線的定義及特點(diǎn)

現(xiàn)場(chǎng)總線，按照國(guó)際電工委員會(huì)IEC/SC65C的定義，是指安裝在制造或過(guò)程區(qū)域的現(xiàn)場(chǎng)裝置之間、以及現(xiàn)場(chǎng)裝置與控制室內(nèi)的自動(dòng)控制裝置之間的數(shù)字式、串行和多點(diǎn)通信的數(shù)據(jù)總線。以現(xiàn)場(chǎng)總線為基礎(chǔ)而發(fā)展起來(lái)的全數(shù)字控制系統(tǒng)稱作FCS。

現(xiàn)場(chǎng)總線作為連接控制系統(tǒng)中現(xiàn)場(chǎng)級(jí)裝置和控制設(shè)備的雙向數(shù)字通信網(wǎng)絡(luò)，與傳統(tǒng)的DCS系統(tǒng)相比其優(yōu)點(diǎn)是明顯的：增強(qiáng)了現(xiàn)場(chǎng)信息的集成能力；抗干擾能力增加、系統(tǒng)可靠性提高；安裝便捷、可維護(hù)性好；具有開放性、互操作性、互換性、可集成性；降低了工程成本；具有IP67防護(hù)等級(jí)，可現(xiàn)場(chǎng)安裝；能自動(dòng)診斷故障部位。

4.2Profibus總線

Profibus是一種國(guó)際化、開放式、不依賴于設(shè)備生產(chǎn)商的現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)。廣泛適用于制造業(yè)自動(dòng)化．流程工業(yè)自動(dòng)化和樓宇、交通電力等其他領(lǐng)域自動(dòng)化。中央處理器（如PLC/PC）通過(guò)高速串行總線同分散的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備（如I/O、變頻器、閥門）進(jìn)行通訊，多數(shù)數(shù)據(jù)交換采用周期方式。PROFIBUS-DP是用于現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備級(jí)的高速數(shù)據(jù)傳輸，通訊介質(zhì)采用屏蔽的雙絞銅線電纜，共用一根導(dǎo)線對(duì)，通訊速率可選用9.6kbit～12Mbit/s，通訊距離可達(dá)12km。PROFIBUS總線的通信能力強(qiáng)，與變頻器的通信最多可有10個(gè)字的通信能力。

4.3Profibus-DP的數(shù)據(jù)通訊格式

Profibus-DP總線方式允許在PLC和傳動(dòng)裝置（變頻器、運(yùn)動(dòng)控制器）之間進(jìn)行快速的數(shù)據(jù)交換。對(duì)傳動(dòng)裝置的存取總是按照主-從方式進(jìn)行的，傳動(dòng)裝置總是從站，且每個(gè)從站本身都有明確的地址。PROFIBUS周期性傳輸?shù)膱?bào)文結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3Profibus-DP報(bào)文結(jié)構(gòu)

4.4Profibus-DP的用戶數(shù)據(jù)

對(duì)于傳動(dòng)裝置可用數(shù)據(jù)區(qū)被劃分成2個(gè)數(shù)據(jù)區(qū)，它們以各自的報(bào)文進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。
（1）過(guò)程數(shù)據(jù)區(qū)（PZD）：控制字和設(shè)定值；或狀態(tài)字和實(shí)際值。
（2）參數(shù)區(qū)（PKW）：用于讀寫參數(shù)，讀出故障信息等。PKW和PZD共有五種結(jié)構(gòu)形式即：PPO1、PPO2、PPO3、PPO4、PPO5，其傳輸?shù)淖止?jié)長(zhǎng)度及結(jié)構(gòu)形式各不相同。

根據(jù)自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)中傳動(dòng)裝置的任務(wù)不同，在PLC和變頻器通訊方式配置時(shí)要對(duì)PPO進(jìn)行選擇。MM440變頻器僅支持PPO1、PPO3兩種結(jié)構(gòu)，在切割機(jī)系統(tǒng)中采用了PPO1型通訊報(bào)文（4PKW+2PZD），它的報(bào)文結(jié)構(gòu)如圖4所示，圖4中符號(hào)的意義如下，PKW：參數(shù)標(biāo)識(shí)符；PZD：過(guò)程數(shù)據(jù)；PKE：參數(shù)標(biāo)識(shí)符；IND：索引；PWE：:參數(shù)值；STW：控制字；ZSW：狀態(tài)字；HSW：主設(shè)定值；HIW：主實(shí)際值。

圖4PPO的報(bào)文結(jié)構(gòu)

5切割機(jī)控制系統(tǒng)硬件技術(shù)

5.1PLC系統(tǒng)

切割機(jī)PLC系統(tǒng)作為連鑄機(jī)L1系統(tǒng)的一個(gè)子系統(tǒng)，其系統(tǒng)設(shè)計(jì)本著可靠、先進(jìn)、開放的原則，綜合考慮系統(tǒng)的性能價(jià)格比，根據(jù)工藝方案和機(jī)械設(shè)備條件，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)盡可能統(tǒng)一，同時(shí)應(yīng)與其它L1級(jí)子系統(tǒng)保持一致。連鑄L1級(jí)PLC系統(tǒng)選用的是SIEMENSS7-400系列PLC。根據(jù)切割工藝性能要求，PLC系統(tǒng)CPU選擇S7-315-2，通過(guò)CP343通訊模塊與L1級(jí)工業(yè)以太網(wǎng)通訊，同時(shí)通過(guò)Profibus-DP接口與MM440變頻器和PCSsmart1200觸摸屏通訊。

5.2人機(jī)界面

根據(jù)工藝特點(diǎn)及現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境，切割機(jī)人機(jī)界面選擇PCSsmart1200觸摸屏。在性能上有以下特點(diǎn);（1）簡(jiǎn)單快速配置，配置數(shù)據(jù)是可以恢復(fù)的；（2）可用標(biāo)準(zhǔn)WINDOWS工具進(jìn)行配置；（3）使用軟鍵、功能鍵或觸模控制，簡(jiǎn)化了操作，也保障了操作的安全性，易于使用；（4）和西門子PLC完美結(jié)合，使整個(gè)系統(tǒng)在硬件和軟件均達(dá)最優(yōu)化，尤其是通訊支持Profibus-DP總線協(xié)議。

5.3MM440變頻器特點(diǎn)

（1）豐富的控制功能。通過(guò)P1300參數(shù)可以選擇從V/F控制到帶傳感器的矢量控制VC等12種不同特點(diǎn)的控制模式，適用于恒轉(zhuǎn)矩、變轉(zhuǎn)矩等各種性質(zhì)負(fù)載，滿足各行業(yè)的驅(qū)動(dòng)控制要求。在本控制系統(tǒng)中，采用v/f方式來(lái)驅(qū)動(dòng)各分部電機(jī)；

（2）強(qiáng)大的通訊功能。利用Profibus通訊可選件，可以將MM440接入開放的、高速（12Mb/S）的DP網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)性能更佳、精度更高的通訊控制。