基于现场总线的滤棒独立驱动设计

[摘要]PROFIBUS-DP是一种高速（数据传输速率9.6kb/s-12Mb/s）的经济的设备级网络，主要用于现场控制器与I/O之间的通信，可满足交直流调速系统快速响应的时间要求。本文针对传统的运动控制模式提出了一种高速数据传输的网络运动控制系统的解决方案，并在开松机独立驱动的技术改造上得到了很好的应用。该系统运用了价格便宜的屏蔽双绞线电缆将一台PLC和四台电机以及一台触摸屏联到一起，它们之间可以进行数据交换。该系统可通过工业以态网方便扩展Internet远程监控，实现工业自动化设备网与上层管理﹑监控网之间的无缝集成，既所谓的“E（EtherNet）网通，”有利于企业综合自动化﹑信息化进程。

[关键词]PROFIBUS-DP；PLC；独立驱动

引言

ZL22型滤棒成型机组是中烟公司87年从德国HAUNI公司引进的技术，其开松传动系统采用的方式是由三台无级变速器及一台减速器构成，这种机械式的传动方式的新机型相比有不足之处，它主要反映在：

1）设备运行一段时间必须检查﹑检修其无级变速器，以避免由于链条的松动造成开松辊的速比波动大导致滤棒重量波动，重量波动将最终导致吸阻波动，依据相关资料得知，无级变速比每波动1%，将造成滤棒吸阻波动2%-4%。

2）无级变速器长期使用易造成漏油现象。

3）无级变速器有使用寿命，磨损到一定程度必须更新，进口无级变速器价格较高。

4）甘油泵驱动采用圆盘减速器，在起车或低速运行阶段甘油量供应不稳定，有时造成喷洒量不够而此时操作人员又无法进行实时补偿，有可能导致滤棒甘油喷洒不均现象。

1、系统要求

AF2独立驱动系统需要控制转向辊﹑拉伸辊1#﹑拉伸辊2#﹑甘油泵喷洒量，使之与主机的运行速度成正比，并能够显示和控制其值的大小。

要求将设备上的四个减速器全部去掉后用四个电机代替，生产的滤棒重量﹑吸阻﹑甘油含量均达到标准值。减少系统的线缆敷设，减少系统故障的发生，易于检修和维护。

2、系统设计

2.1 系统硬件结构

PROFIBUS-DP被应用于独立驱动系统，整个系统由PROFIBUS-DP主站﹑PROFIBUS-DP从站及其现场设备组成。PROFIBUS-DP总线将所有设备连接起来。其中，PROFIBUS-DP主站为CPU315-2DP模块，从站为相应的I/O模块。

1）DP的RS-485传输

PROFIBUS-DP使用的传输技术和总线存取协议，可以在同一根电缆上同时运行。

DP符合EIA RS-485标准，采用价格便宜的屏蔽双绞线电缆。一个总线段的两端各有一套有源的总线终端电阻。传输速率9.6kb/s-12Mb/s，所选的传输速率适用于连接到总线段上的所有设备。一个总线段最多32个站。

2）CPU

CPU位于控制中心，本系统采用CPU315-2DP模块化型PLC，它具有强大的处理能力，并集成了PROFIBUS-DP现场总线接口装置，同时对二进制和浮点数运算具有较高的处理能力,字处理能力为0.3μs。PLC程序在上位机的编程工具STEP7中编译完成后下载到CPU315，并存储在 CPU315中。CPU315可自动运行该程序，根据程序内容读取总线上的所有I/O模块的状态字，控制硬件设备。

3）人机界面HMI

HMI用于监控系统的运行情况，本系统人机界面采用TP170B（彩色）。SIMATIC HMI是一个完整产品系列，有文本显示，文本图形操作员控制面板和触摸式面板，其具有的集成性减少了配置成本。简单快速配置：配置数据是可恢复的；可用标准Windows工具进行配置；使用软键﹑功能键或触摸控制，简化了操作，也保障了操作的安全性：易于使用主要归功于标准的界面设计原理；提供快速的联机帮助信息；和西门子PLC完美结合，使整个系统在硬件和软件上均达最优化。

4)控制器

本系统需要很强的随动性,故选用伦茨的9300ES控制器,它具有占用空间小,组态性能强的特点；9300伺服控制器可以利用操作模块进行参数设置,状态显示以及故障诊断；并可利用调整电子齿轮轻松实现比例同步，而旋转变压器﹑正余弦编码器等反馈元件可确保精度驱动。这一切都使9300伺服控制器操作更为轻松，快捷。

2.2系统软件结构

软件结构部分包括Windous XP操作系统﹑主站编程软件﹑从站编程软件﹑监控软件。

1）主站编程软件

本系统采用SIMATIC S7-300的配套编程工具STEP7完成硬件组态﹑参数设置﹑PLC程序编制﹑测试﹑调试和文档处理。用户程序由组织块（OB）﹑功能块（FB﹑FC）和数据块（DB）构成。其中，OB是系统操作程序与应用程序在各种条件下的接口界面，用于控制程序的运行。FB﹑FC是用户子程序。在CPU315-2DP与9300ES进行数据交换时，用SFC14“DPNRM_DAT”读取DP标准从站的连续数据，用SFC15“DPWR_DAT”向DP标准从站写连续数据。

2）从站编程软

本系统伦茨控制器使用Unit Control格式的过程通道控制，变频器上电后无需由PLC对控制字操作进行初始化就可以使变频器使能 (靠硬件使能控制)，所以编程相对简单。同时，Unit Control的控制字和状态字(即过程通道通讯的第一个字)的利用率很高，只需一个控制字即可实现启/停，正/反转。

2.3系统调试

在实验室模拟现场情况进行调试，在调试中先后修改数次，实现对编码器的准确跟踪。经过充分的准备后去现场调试，在调试中因为加上的负载惯性较大，各个电机对编码器的跟踪就出现了问题。电机转动总是找不准停止的位置。经过调整MCTRL的相位控制及速度控制的参数以后才达到了系统运行的要求。

3、结束语

本系统在各烟厂安装后，通过长时间的运行观察，大大提高了滤棒质量。减少了系统的发生，易于检修和维护，受到一致好评。

参考文献

[1]廖常初 S7-300/400 PLC 应用技术

[2]Control Engineering Profibus 第三期 基于PROFIBUS现场总线的煤矿井下胶带监控系统

[3]山铝水泥厂邹爽 基于PLC的旋窑监控系统的开发

作者简介

刘建中（1965.5.27），辽宁省沈阳市人，男，（汉），大学本科，工程师，烟机设备方向

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