PROFIBUS-DP現場(chǎng)總線(xiàn)在終粉磨的應用

1．概述

在自動(dòng)化系統的配置中既要保證系統的先進(jìn)、可靠、合理性，又要避免過(guò)剩功能，降低投資成本。2000年至2001年，我們成功地在安慶白鰭豚4#水泥磨系統應用了輥壓機終粉磨工藝，在該生產(chǎn)線(xiàn)上選用了西門(mén)子250kW變頻器對輥壓機兩磨輥電動(dòng)機進(jìn)行變速驅動(dòng)。同時(shí)選用德國申克振動(dòng)測量傳感器對輥壓機的振動(dòng)進(jìn)行監視。輥壓機的控制采用了新型控制系統，系統采用了SiemensSIMATICS7-300可編程控制器，上位機采用研華工控機，由Wincc軟件實(shí)現系統組態(tài)控制，和變頻器MasterDRIVES組成。上位系統的通訊網(wǎng)絡(luò )采用SiemeNSMPI網(wǎng)。各個(gè)控制站之間以及6臺矢量變頻器與控制站之間以Profibus-DP協(xié)議方式相連。它完全與電位無(wú)關(guān)地運行，其優(yōu)點(diǎn)是，不必花費昂貴的等電位連接費用，且大大增強了網(wǎng)絡(luò )的可靠性。

　　2．輥壓機兩輥的同步運行

　　在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，保持輥壓機兩輥的同步運行是尤為重要的。這種同步，不僅僅是穩速運行時(shí)需要同步，而且在加減速的動(dòng)態(tài)過(guò)程中也需要保證線(xiàn)速度的一致。為此，我們采取以下兩個(gè)措施，以達到同步的目的：
　　2．1提高系統的動(dòng)態(tài)響應

　　所有變頻器都采用光電編碼器的反饋方式，通過(guò)矢量運算，它能夠確定和控制轉矩與磁通的電流分量，獲得同直流傳動(dòng)相媲美白勺動(dòng)態(tài)特性：這就從基礎上保證了同步的可實(shí)現。
　　2．2建立速度給定值鏈

　　在兩個(gè)變頻器之間建立裝置對裝置通訊過(guò)程，通過(guò)此方式能夠將速度給定值用數字量迅速而準確地傳遞給第一個(gè)變頻器，消除模擬信號傳遞中由于線(xiàn)路損耗、干擾等帶來(lái)的信號漂移、于擾所帶來(lái)的不利影響。各個(gè)分部之間不同的機械變化則由變頻器內部不同的比例因子控制，從而實(shí)現動(dòng)態(tài)與穩態(tài)時(shí)各分部線(xiàn)速度的恒比例運行。

　　根據終粉磨系統中輥壓機對傳動(dòng)的控制需求，選用西門(mén)子矢量型變頻調速器6SE70。

　　特點(diǎn)如下：

　　(1)工業(yè)型變頻器，比通用型產(chǎn)品更適合于環(huán)境惡劣的工業(yè)生產(chǎn)現場(chǎng)。

　　(2)標準化及模塊化。整個(gè)變頻器的結構非常緊湊，主板及擴展板都是通過(guò)總線(xiàn)插槽連接，各組件接近，便于維修。

　　由于集成度的提高，使裝置具有很高的可靠性。

　　(3)抗干擾性好，運行可靠，不受元器件老化和溫度漂移的影響，能長(cháng)期保持穩定的控制精度。

　　(4)適應電源電壓波動(dòng)范圍廣，能自動(dòng)適應電網(wǎng)頻率變化45～65Hz。

　　(5)具有很強的自診斷處理功能，提供有關(guān)故障原因的補充信息，使故障排除更為簡(jiǎn)單，維護方便。

　　(6)靈活多變的通訊能力。支持以Profibus-DP方式通訊及聯(lián)網(wǎng)。

　　(7)32位CPU全數字控制，組態(tài)功能豐富。

　　(8)可針對具體交流電機進(jìn)行優(yōu)化，以達到優(yōu)良的控制性能。

　　(9)低速時(shí)也能提供額定轉矩。

　　變頻器元件板SCB2具有電隔離的RS485口，可在變頻器之間實(shí)現裝置對裝置的連接。在這里，我們采用并行接法，將其中一臺變頻器作為主動(dòng)裝置，另一臺變頻器作為從動(dòng)裝置，這樣，主動(dòng)裝置能夠將系統線(xiàn)速度給定值傳遞至從動(dòng)裝置，從而增加了整個(gè)系統的可靠性。通過(guò)在安慶白鰭豚4#水泥磨系統應用了輥壓機終粉磨系統中的應用，我們認為采用西門(mén)子6SE70變頻調速系統在提高產(chǎn)品質(zhì)量、產(chǎn)量，減小日常維護及節能等方面都有顯著(zhù)的優(yōu)點(diǎn)，完全能夠滿(mǎn)足生產(chǎn)現場(chǎng)的需要。

　　3．采用Profibus的原因

　　Profibus現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)是隨全數字信號系統的發(fā)展而產(chǎn)生的，由德國組織開(kāi)發(fā)的工業(yè)現場(chǎng)總線(xiàn)協(xié)議標準——PROFIBUS現場(chǎng)總線(xiàn)標準(DINl9254)。是近年來(lái)國際上最為流行的現場(chǎng)總線(xiàn)，也是目前數據傳輸率最快的一種現場(chǎng)總線(xiàn)(傳輸率可達12M波特)，因此在很多領(lǐng)域內有廣泛地應用c根據VentureDevelopmenCorp．（VDC)的報告，PROFIBUS所占的市場(chǎng)份額最大，也是發(fā)展最快的現場(chǎng)總線(xiàn)：

　　Profibus的網(wǎng)絡(luò )協(xié)議是以1SO頒布的OSI標準七層參考模型為基礎的，只是對第三層到第六層進(jìn)行簡(jiǎn)化，因此可以說(shuō)它的標準適應性強c此外它的三種模塊(FMS、DP和PA)又可以適應不同的應用對象和通信速率方面白勺要求，開(kāi)放性也好。

　　Profibus現場(chǎng)總線(xiàn)基于令睥協(xié)議加主從總線(xiàn)的介質(zhì)存取方式，主站以主從方式與從站通訊，各主站之間由令牌協(xié)議決定總線(xiàn)控制權。站點(diǎn)數可達127個(gè)。

　　正是基于Profibus現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)上的成熟和開(kāi)放性，以及實(shí)際應用后的經(jīng)濟效果，因此我們在自動(dòng)化控制系統中采用了它。

　　4．Profibus-DP組態(tài)說(shuō)明

　　在以上的自動(dòng)化控制系統中，Profibus-DP現場(chǎng)總線(xiàn)應用在交流變頻器、遠程操作單元ET200M與S7-300PLC之間的通訊上。

　　4．1硬件組態(tài)

　　Profibus-DP總線(xiàn)共有6個(gè)站，分別是S7—300PLC作為Master，站號設定：2；其余均為Slave，它們有遠程操作接口單元ET200M，站號設定：3；打散機變頻器，站號設定：4；料餅秤控制器，站號設定：5；輥壓機活動(dòng)輥變頻器，站號設定：6；輥壓機固定輥變頻器，站號設定：7；主站上應用57-300PLC的CPU315-2DP，BUS終端器設定為ON。從站中BUS終端器設定為OFF，ET200M的BUS終端器設定為ON。BUS終端器設定一定要正確，即BUS兩端為ON，中間接點(diǎn)為OFF。通訊距離約為500m。

　　Profibus-DP的布線(xiàn)要嚴格按照適配模件的說(shuō)明來(lái)接線(xiàn)，通訊電纜最好用西門(mén)子公司的專(zhuān)用DP電纜或屏蔽雙絞兩芯電纜。屏蔽層的接線(xiàn)一定要保證單端接地，同時(shí)結合現場(chǎng) 總線(xiàn)的抑制干擾技術(shù)可以保證系統通訊的正常運行。

　　4．2軟件組態(tài)

　　在本系統中變頻器和PLC選用的都是西門(mén)子一家公司的設備和材料，確保了參數匹配正確，在Master站S7—300PLC上，要對DP進(jìn)行組態(tài)，通過(guò)STEP7軟件包結合ProfiDrive的定義程序來(lái)進(jìn)行。組態(tài)的關(guān)鍵是正確地選擇Profibus-DP的方式，即PPO的類(lèi)型。在該系統中為PPO-2型，通訊字有十個(gè)數據字：通訊速率選擇為500kB／s，根據實(shí)際的應用效果看，該速率滿(mǎn)足系統的信號交換要求。

　　5．軟件要作的工作

　　Profibus—DP總線(xiàn)經(jīng)過(guò)軟硬件的組態(tài)建立起來(lái)后，Master和Slave之間的信息交換還必須在主／從站內部來(lái)規定，即在雙方要用軟件來(lái)定義其傳輸信息的內容。

　　在我們的自動(dòng)化控制系統中，Master站應用了8個(gè)字來(lái)記錄所有的交換信號，包含D112點(diǎn)，D06點(diǎn)，A13點(diǎn)，A0l點(diǎn)。應用STEP7內的標準功能塊SFCl4—DPRDDAT和SFC-DPWRDAT來(lái)接收和發(fā)送DP上的信號。Slave站同樣用相應的3個(gè)字來(lái)對應Master站，即由主→從應用4個(gè)字和由從→主應用四個(gè)字。

　　6．設計、安裝和調試體會(huì )

　　在本次自動(dòng)化控制系統的設計、安裝和調試過(guò)程中，Profibus-DP的應用無(wú)疑是正確的，只是在現場(chǎng)安裝過(guò)程中，要注意以下幾點(diǎn)：

　　(1)現場(chǎng)安裝條件與原始設計和系統要求的差異和解決方案。

　　(2)現場(chǎng)各類(lèi)干擾因素的防范。

　　(3)現場(chǎng)的接地系統對總線(xiàn)的影響.：

　　7．結束語(yǔ)

　　在安慶白鰭豚水泥股份公司4#水泥磨生產(chǎn)線(xiàn)的自動(dòng)化控制系統中．應用Profibus-DP現場(chǎng)總線(xiàn)取得了很好地運行效果。

　　(1)Profibus-DP總線(xiàn)滿(mǎn)足了對自動(dòng)化系統功能的各項要求。

　　(2)運行費用和能耗均有顯著(zhù)的節省，可達到20％，并且使用合理。

　　(3)由于省除了大量的電纜、橋架、管路等材料，故投資可大大的減少。

　　(4)大大的降低了運行勞動(dòng)強度，維護簡(jiǎn)單，維護量小，耗材少。

　　通過(guò)Profibus-DP現場(chǎng)總線(xiàn)在安慶白鰭豚水泥股份公司4#水泥磨生產(chǎn)線(xiàn)中的應用成功，隨著(zhù)將數字信號和模擬信號混合的系統改造為全數字信號系統的發(fā)展，PROFIBUS-DP會(huì )得到越來(lái)越廣泛的應用。