基于PROFIBUS的變頻器在連鑄切割機中的應用

圖2切割機控制系統

（2）切割機主要傳動(dòng)系統

●切割機的行走：一臺SIEMENSMICROMASTER440型變頻器拖動(dòng)兩臺0.75kW電機，電機帶熱開(kāi)關(guān)保護，每臺電機帶有一個(gè)電磁抱閘線(xiàn)圈，行程控制是由一個(gè)增量型編碼器和行程限位開(kāi)關(guān)組成。
●切槍的行走驅動(dòng)：每個(gè)切槍的行走是由一臺SIEMENSMICROMASTER440型變頻器拖動(dòng)1臺0.3kW電機進(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(kāi)關(guān)控制。
●切割機的升降系統：切割車(chē)的升降是由一臺變極調速電機（285/1375rpm0.28/2.3kW）采用接觸器正反轉雙繞組六抽頭進(jìn)行驅動(dòng)的，行程控制是由限位開(kāi)關(guān)組成的。

4Profibus現場(chǎng)總線(xiàn)

4.1現場(chǎng)總線(xiàn)的定義及特點(diǎn)

現場(chǎng)總線(xiàn)，按照國際電工委員會(huì )IEC/SC65C的定義，是指安裝在制造或過(guò)程區域的現場(chǎng)裝置之間、以及現場(chǎng)裝置與控制室內的自動(dòng)控制裝置之間的數字式、串行和多點(diǎn)通信的數據總線(xiàn)。以現場(chǎng)總線(xiàn)為基礎而發(fā)展起來(lái)的全數字控制系統稱(chēng)作FCS。

現場(chǎng)總線(xiàn)作為連接控制系統中現場(chǎng)級裝置和控制設備的雙向數字通信網(wǎng)絡(luò )，與傳統的DCS系統相比其優(yōu)點(diǎn)是明顯的：增強了現場(chǎng)信息的集成能力；抗干擾能力增加、系統可靠性提高；安裝便捷、可維護性好；具有開(kāi)放性、互操作性、互換性、可集成性；降低了工程成本；具有IP67防護等級，可現場(chǎng)安裝；能自動(dòng)診斷故障部位。

4.2Profibus總線(xiàn)

Profibus是一種國際化、開(kāi)放式、不依賴(lài)于設備生產(chǎn)商的現場(chǎng)總線(xiàn)標準。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(xiàn)同分散的現場(chǎng)設備（如I/O、變頻器、閥門(mén)）進(jìn)行通訊，多數數據交換采用周期方式。PROFIBUS-DP是用于現場(chǎng)設備級的高速數據傳輸，通訊介質(zhì)采用屏蔽的雙絞銅線(xiàn)電纜，共用一根導線(xiàn)對，通訊速率可選用9.6kbit～12Mbit/s，通訊距離可達12km。PROFIBUS總線(xiàn)的通信能力強，與變頻器的通信最多可有10個(gè)字的通信能力。

4.3Profibus-DP的數據通訊格式

Profibus-DP總線(xiàn)方式允許在PLC和傳動(dòng)裝置（變頻器、運動(dòng)控制器）之間進(jìn)行快速的數據交換。對傳動(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周期性傳輸的報文結構如圖3所示。

圖3Profibus-DP報文結構

4.4Profibus-DP的用戶(hù)數據

對于傳動(dòng)裝置可用數據區被劃分成2個(gè)數據區，它們以各自的報文進(jìn)行數據傳送。
（1）過(guò)程數據區（PZD）：控制字和設定值；或狀態(tài)字和實(shí)際值。
（2）參數區（PKW）：用于讀寫(xiě)參數，讀出故障信息等。PKW和PZD共有五種結構形式即：PPO1、PPO2、PPO3、PPO4、PPO5，其傳輸的字節長(cháng)度及結構形式各不相同。

根據自動(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PPO進(jìn)行選擇。MM440變頻器僅支持PPO1、PPO3兩種結構，在切割機系統中采用了PPO1型通訊報文（4PKW+2PZD），它的報文結構如圖4所示，圖4中符號的意義如下，PKW：參數標識符；PZD：過(guò)程數據；PKE：參數標識符；IND：索引；PWE：:參數值；STW：控制字；ZSW：狀態(tài)字；HSW：主設定值；HIW：主實(shí)際值。

圖4PPO的報文結構

5切割機控制系統硬件技術(shù)

5.1PLC系統

切割機PLC系統作為連鑄機L1系統的一個(gè)子系統，其系統設計本著(zhù)可靠、先進(jìn)、開(kāi)放的原則，綜合考慮系統的性能價(jià)格比，根據工藝方案和機械設備條件，系統結構盡可能統一，同時(shí)應與其它L1級子系統保持一致。連鑄L1級PLC系統選用的是SIEMENSS7-400系列PLC。根據切割工藝性能要求，PLC系統CPU選擇S7-315-2，通過(guò)CP343通訊模塊與L1級工業(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人機界面

根據工藝特點(diǎn)及現場(chǎng)環(huán)境，切割機人機界面選擇PCSsmart1200觸摸屏。在性能上有以下特點(diǎn);（1）簡(jiǎn)單快速配置，配置數據是可以恢復的；（2）可用標準WINDOWS工具進(jìn)行配置；（3）使用軟鍵、功能鍵或觸?？刂?，簡(jiǎn)化了操作，也保障了操作的安全性，易于使用；（4）和西門(mén)子PLC完美結合，使整個(gè)系統在硬件和軟件均達最優(yōu)化，尤其是通訊支持Profibus-DP總線(xiàn)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，適用于恒轉矩、變轉矩等各種性質(zhì)負載，滿(mǎn)足各行業(yè)的驅動(dòng)控制要求。在本控制系統中，采用v/f方式來(lái)驅動(dòng)各分部電機；

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