西门子变频器在1250纵剪上的应用
2 Profibus总线技术 3 系统构成 4 系统主站 4.2一类主站（S7-300CPU315-2DP可编程序控制器） 4.3二级计算机的功能 5 系统从站 5.2交流传动系统（从站） 7 结束语
1250纵剪机是为满足高精度铜板带的加工，进行铜带分条、切边，生产高精度带材的机械，对成品宽度偏差、成品毛刺高度、卷取后带材塔形度(整卷) 、错层、侧弯、表面擦伤等有一定要求。一般来说，其主要工艺流程是：开卷、剪切、张力产生、卷取等，中间辅以上料、校平、剪切板头、缓冲、引导、收卷废边、分卷、出料等过程。
设备在工作时开卷机处于自动送料状态，带材经侧向引导机构进入圆盘剪剪切成带状条料，切下来的废边同时由废边机收卷，带状条料通过缓冲活套坑后进入张力站，然后由卷取机把带材整齐地卷成筒状，最后由卸料小车把料卷卸到储料台上。
Profibus（Process Field bus），是一种用于工厂自动化车间级监控和现场设备层数据通信与控制的现场总线技术，可实现现场设备层到车间级监控的分散式数字控制和现场通信。 Profibus协议的结构根据ISO7498国际标准以开放系统互联网络OSI为参考模型，Profibus-DP（分散型外围设备）只用了第一层、第二层和用户接口。第一层－PHY，规定了线路介质、物理连接的类型和电气特性。Profibus-DP通过差分电压输出的RS485实现电流连接。在线性拓扑结构下采用双绞线连接。第二层－MAC，描述了连接到传输介质的总线存取方法。Profibus-DP采用一种混合访问方法。第二层－FLC，规定了对低层接口。第二层－FMA1/2完成第二层－MAC特定总线参数设定和第一层设定。
Profibus-DP是采用主从通讯和令牌通讯的，主站和从站之间靠主站的查询和从站的响应进行通讯。主站和主站之间靠得到总线控制权(令牌)进行通讯。RS-485是Profibus-DP最常用的一种，通称为H2，采用屏蔽双绞铜线电缆，只要符合Profibus-DP协议的设备都可以挂在总线上。RS-485每段最多32个站点, 带中继器最多可到127点。传输可选9.6kbps～12Mbps, 最大距离12Mbps时为100m，用中继器可以加大传输距离，网络最大传输距离可达90km。Profibus是一种国际化、开放式、不依赖于设备生产商的现场总线标准。另外一种传输介质是光纤FO传，它用于干扰很大地环境。
Profibus-DP:主要用于现场级的高速数据传输、解决自动控制系统(如PLC、PC等)通过高速串行总线与分散的现场设备(I/O、驱动器、阀门等)之间的通信任务。使用 Profibus-DP可取代现场的24V或0-20mA的并行信号传输技术。
另外，Profibus-FMS（现场总线技术规范）:用于过程控制站和操作员站之间的高数据量通讯，主要是解决车间监控级通讯任务。Profibus-PA（过程自动化）:主要用于工业防爆现场。
（1） 硬件构成
系统硬件包括：操作员站（HMI）：研华IPPC9150T；可编程控制器：S7-300、CPU315 和ET200等；西门子矢量型变频调速器6SE70；
(2) 软件构成
软件包括：wincc6.0、step7 V5.3、Drive ES Basic V5.1。
4.1 二类主站 （操作员站）
操作员站位于现场操作台内，在采用研华工控机插入CP5611网卡，CP5611自身不带微处理器，是短PCI卡，可运行多种软件包，软件平台为Windows 2000，上位监控工控组态软件为wincc6.0 (Windows Control Center)是Windows环境下面向对象的32位工业控制组态软件，它适合任何自动化控制系统，支持多种PLC系统。操作员站上能直观地一方面进行生产操作，比如：来料宽度、厚度，张力，速度等，一方面进行监控生产过程中的各参数，比如：速度，张力，卷径等，可以通过棒图、趋势曲线等来监控各参数的变化趋势，有利于对生产过程的全面了解和准确及时地进行故障判断。
S7-300 CPU315作为控制级核心，具有DP和MPI口，采用Profibus－DP现场总线通讯连接各传动系统和分站。其主要功能有：
在电控室的工控机、PLC是建立在现场总线 Profibus网络基础上的，在PLC上插有通讯网卡为CP343-1，连接到上层信息管理网络，在二级计算机上插入CP1613网卡与PLC通讯，同时插入以太网卡与工厂三级网络相连，接收和发送有关生产信息；而另一块为S7-315自带的DP口，连接到底层设备控制网络Profibus-DP。底层设备控制网络主要作用是控制整个工艺流程和相应运动，通过现场工业总线 Profibus网络，使工艺控制系统的ET200和各变频器发出的控制指令，控制各自相应设备动作。同时， 每台ET200和各变频器一方面通过网络把自己的状态信息发送到相关的PLC上，另一方面通过网络接受到其它ET200和各变频器的状态信息，以决定下一步动作，保证剪切线连续正常生产。
主要提供数据归档、工艺参数归档，自动生成班次，月报、年报或按品种规格生成的统计报表，和故障反馈及处理。同时可与工厂工业以太网联网。软件平台为Windows 2000，上位监控工控态软件为wincc6.0，并且二级计算机中某些权限比操作员站上的高。
5.1 ET200M（从站）
各传感器信号和大量地I/O设备就近接入Profibus现场子站，通过IM153模块的DP口同PLC通讯，这样可以最大限度的减少现场接线工作，简化现场布线的复杂性，同时，可以减少信号衰减和各种干扰对信号的影响。
交流变频调速技术优越的调速性能和显著的节能效果，使其成为现代化电气传动的主要发展方向之一。本系统采用矢量控制型SEMENS 6SE70系列控制器，其特点：
(1) 标准化及模块化。整个变频器的结构非常紧凑，主板及扩展板都有是通过总线插槽连接，各组件接近，便于维修。由于集成度的提高，使装置具有很高的可靠性;
(2) 适应电源电压波动范围广，能自动适应电网频率变化45-65Hz;
(3) 具有很强的自诊断处理功能，提供有关故障原因的补充信息，维护方便;
(4) 可采用USS、Profibus-DP、Simolink等多种方式通讯及联网;
(5) 32位CPU全数字控制，组态功能丰富;
(6) 可针对具体交流电机进行优化，以达到优良的控制性能;
(7) 频率精度高，达到0.001Hz，频率范围宽，可以输出0-600Hz的频率。
在交流传动中一般使用独立的变频器装置驱动都需增加回馈单元或制动电阻。采用回馈单元方式，其投入成本高，电路复杂，维护困难。采用制动电阻因为能量全部消耗在制动电阻上，是一种不经济的方式。因此，采用共用直流母线可以自适应调整不同条件下被拖电动机的制动力矩。在剪切线生产中，由于带材的张力作用，开卷机进入了再生发电制动状态，发出的电能经过续流二极管整流变成直流回馈到直流母线，将制动能量供给其他逆变器，如图2所示。电能节约也相当可观，比采用制动电阻方式节电约30%。另外，采用直流母线技术比各独立变频器总投资节约20%。
6 系统组态和参数设置
以卷取机为例,将剪切后的带材，以设定速度进行卷取，卷取实现张力梯度控制，梯度0－50％。
n = V/( D×π)×i
M=（T×D/2）/ i
式中：D卷材直径，i传动比
采用矢量控制对T（张力） 、V（线速度）适时控制，同时有M（转矩）、n（转速）信号输出，保证了系统对张力和速度（0.5%）的精确控制。
6SE系列变频器/逆变器在CUVC主板上通过ADB板上插入CBP2总线适配器连接到Profibus总线上，CBP2具有电隔离的RS485口，变频器通过CBP2的9针SUB-D的插接器连到Profibus总线上。主站能通过它对变频器进行运行控制操作、调节运行频率、更改变频器的功能码、读取变频器的运行状态。变频器也通过CBP2反馈对主站控制信号的应答信号，主站可以根据变频器的应答信号判断控制信号执行情况。
通过Drive ES Basic V5.1软件对变频器进行参数设置, 在周期性的通讯中，Profibus-DP使用PPO（对象过程类）类型作为数据传递的格式。它有五种PPO类型，根据信息量大小选择PPO类型，其报文中有用数据为PKW和PZD，PKW为参数识别值区，最多4个字，主要是读写参数 ，PZD为过程数据区，最多10个字，如：电流、速度的设定和反馈值等，主要是设定值和状态值。本条线采用的是PPO2类型，使参数P060=2，并存储在EEPROM中，参数便恢复到缺省值(工厂设定值),此后便可根据现场和工艺要求设定各装置参数。主要参数为P100控制模式, P101电机额定电压，P102电动机的额定电流，P107电动机的额定频率Hz,P108电动机的额定速度，以及各种工艺参数的选择设置等，参数P734与数据块DB建立数据连接，P918变频器地址等设定，然后下载到相应变频器，这样PLC就可以与变频器建立通讯链接，本例是在STEP7中的OB1组织块中调用SFC14“DPRD_DAT”、SFC15“DPWR_DAT”系统功能块同变频器进行读、写数据交换，梯形图如图4所示。
Profibus现场总线技术，极大地节约了控制电缆，使现场布线的复杂性有效的简化，系统结构更为清晰，节约了成本，同时也大大缩短了施工、调试时间。西门子6SE系列变频器的矢量控制，提高控制系统性能水平，如控制精度和动态响应时间。公共直流母线的采用则可利用开卷机的再生发电，降低整个机组的能耗。这些技术的应用保证了这条线经济上合理，技术上先进，满足铜带分条的质量要求，更为可靠，简便，节能。
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