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)主要傳動系統(tǒng)

●切割機(jī)的行走：一臺SIEMENSMICROMASTER440型變頻器拖動兩臺0.75kW電機(jī)，電機(jī)帶熱開關(guān)保護(hù)，每臺電機(jī)帶有一個電磁抱閘線圈，行程控制是由一個增量型編碼器和行程限位開關(guān)組成。
●切槍的行走驅(qū)動：每個切槍的行走是由一臺SIEMENSMICROMASTER440型變頻器拖動1臺0.3kW電機(jī)進(jìn)行的，切槍行走的位置分別由兩個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)動的，行程控制是由限位開關(guān)組成的。

4Profibus現(xiàn)場總線

4.1現(xiàn)場總線的定義及特點(diǎn)

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

現(xiàn)場總線作為連接控制系統(tǒng)中現(xiàn)場級裝置和控制設(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，可現(xiàn)場安裝；能自動診斷故障部位。

4.2Profibus總線

Profibus是一種國際化、開放式、不依賴于設(shè)備生產(chǎn)商的現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)。廣泛適用于制造業(yè)自動化．流程工業(yè)自動化和樓宇、交通電力等其他領(lǐng)域自動化。中央處理器（如PLC/PC）通過高速串行總線同分散的現(xiàn)場設(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)場設(shè)備級的高速數(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，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和傳動裝置（變頻器、運(yùn)動控制器）之間進(jìn)行快速的數(shù)據(jù)交換。對傳動裝置的存取總是按照主-從方式進(jìn)行的，傳動裝置總是從站，且每個從站本身都有明確的地址。PROFIBUS周期性傳輸?shù)膱笪慕Y(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3Profibus-DP報文結(jié)構(gòu)

4.4Profibus-DP的用戶數(shù)據(jù)

對于傳動裝置可用數(shù)據(jù)區(qū)被劃分成2個數(shù)據(jù)區(qū)，它們以各自的報文進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。
（1）過程數(shù)據(jù)區(qū)（PZD）：控制字和設(shè)定值；或狀態(tài)字和實際值。
（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)長度及結(jié)構(gòu)形式各不相同。

根據(jù)自動化網(wǎng)絡(luò)中傳動裝置的任務(wù)不同，在PLC和變頻器通訊方式配置時要對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型通訊報文（4PKW+2PZD），它的報文結(jié)構(gòu)如圖4所示，圖4中符號的意義如下，PKW：參數(shù)標(biāo)識符；PZD：過程數(shù)據(jù)；PKE：參數(shù)標(biāo)識符；IND：索引；PWE：:參數(shù)值；STW：控制字；ZSW：狀態(tài)字；HSW：主設(shè)定值；HIW：主實際值。

圖4PPO的報文結(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)的一個子系統(tǒng)，其系統(tǒng)設(shè)計本著可靠、先進(jìn)、開放的原則，綜合考慮系統(tǒng)的性能價格比，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，同時應(yīng)與其它L1級子系統(tǒng)保持一致。連鑄L1級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CP343通訊模塊與L1級工業(yè)以太網(wǎng)通訊，同時通過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?？刂?，簡化了操作，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)動控制要求。在本控制系統(tǒng)中，采用v/f方式來驅(qū)動各分部電機(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)，實現(xiàn)性能更佳、精度更高的通訊控制。