直流調速總線系統在機械壓力機上的應用

于英剛，許洪剛，張 華，李中華

（合肥合鍛機床股份有限公司，安徽 合肥 230601）

近年來，隨著自動化技術應用的越來越廣泛，客戶對機械壓力機（如上海華普研制的JH39-630型閉式四點機械壓力機）的滑塊行程次數有了更多要求，促進了對主電機調速功能的深入研發。調速器采用Profibus-DP現場總線控制模式后，系統的穩定性和實時性得到較大提高，而且可根據工藝需要進行靈活的功能修改，大大節約了成本。用Profibus-DP構成傳動系統，達到了非常滿意的效果。采用這種方式可經濟、有效地解決在傳動系統中自動化信息的傳遞問題，是目前值得大力推廣的系統解決方案。

1 系統設計

以JH39-630型閉式四點落料壓力機為例，其控制系統核心采用西門子S7-300可編程控制器，并帶有DP接口，以實現整機的分布式I/O系統，SIMENS公司Profibus網絡控制技術，S7-300中央處理器通過集成在CPU上的Profibus-DP接口連接到Profibus網絡上。帶有Profibus-DP主站/從站接口的CPU可使用戶方便實現高速的分布式自動化組態，從用戶角度看，通過Profibus-DP分布式I/O就象處理集中的I/O一樣，具有相同的組態、地址和編程。

SIMENS公司Profibus網絡控制技術在硬件上，包括S7-300 CPU315-2DP中央處理主站單元，遠程輸入單元，遠程輸出單元。網絡正常工作時，主站單元上綠色指示燈亮，發生故障時，紅色指示燈亮。S7-300 CPU315-2DP中央處理主站單元網絡地址號為2，其余各站網絡地址號在相應的從站耦合器上設定。當各站網絡地址號設定后，各遠程輸入單元輸入信號地址自動設定，各遠程輸出單元輸出信號地址自動設定。各輸入輸出地址在整個系統中是唯一的，出廠時已設定好。6RA70調速系統在配置了CBP2通訊板后，就可以通過總線成為此網絡中的一個從站。其輸入輸出地址區也在配置硬件的時候自動設定。

調試以及配置所具備的條件包括：調試電腦中安裝Step 7 v5.3版本或以上版本；所配備的控制系統中帶有DP通訊接口，本機使用的CPU型號為：6ES7315-2AH14-0AB0（配有DP接口和MPI接口）；總線通訊電纜，本機選用的是德國蘭譜高品質總線電纜；總線連接器，用于通訊電纜和接口的連接；直流調速器一臺，裝置中配備Profibus通訊板CBP2（型號為6SE7090-0XX84-0FF5）。

2 組態

具備了以上軟硬件設施條件，以下要分兩個步驟進行。

2.1 在PLC中對該系統進行組態

（1）打開SIMATIC MANAGER，通過相應的菜單組建要調試的項目，輸入項目名稱；在下方有該項目所在的存儲位置。

（2）完成上述工作后，點擊“OK”按鈕，則會彈出包含該項目所有信息的窗口，然后在右鍵彈出的快捷菜單中選擇“插入新對象”插入“SIMATIC 300站點”，這時即可看到選擇的對象出現在右側屏幕上。

（3）雙擊左側“SIMATIC 300”圖標，再雙擊右側生成的“硬件”圖標，如圖1所示。出現“硬件組態”窗口，現在就可以組態所使用的了，在“查看”菜單中選擇“目錄”項，屏幕左側便會出現“硬件目錄”窗口。

圖1 配置硬件圖

（4）建立元件安放機架，然后根據所選元件訂貨號依次放入機架中，如電源、CPU、IM360、輸入輸出模塊等，在插入CPU模塊時，會自動彈出Profibus組態畫面，點擊“新建”按鈕，出現一條profibus，組態總線站地址，產品設置為2。總線的傳輸速率為“1.5Mbps”，DP行規，無中繼器、OBT等網絡元件。點擊“OK”按鈕確認并存盤，然后組態前面所述的本地模塊。

2.2 根據軟件組態在調速裝置中進行參數設定

6RA70作為DP的一個從站，就要把它掛到Profibus網上，從部件目錄中選擇該元件，設置好其站號，本機設置為5，在其屬下的槽位中設置6RA70的通訊區，一位通訊區與具體應用有關，所以在組態之前應確認通訊的PPO類型，本機選用的通訊區為PPO1型。

Profibus-DP報文借助報文進行數據交換。在每一個報文中，有用數據都分為兩部分被傳輸：①參數（參數識別值：PKW）；②過程數據（PZD）。

在PKW范圍內，所有需要讀和寫的參數值或由參數特性確定讀的數據都被傳輸，在PZD范圍內，包含了所有的為控制一個調速系統所必需的信息，控制信息（控制字）和裝置的給定值是由Profibus-DP主動裝置傳送給從動裝置。反方向說，關于從動裝置的狀態的信息（狀態字）和實際值（速度值、電流值等）按照相反的方向被傳送，在報文中，參數識別值（PKW）和過程數據（PZD）部分的長度是由主動裝置來決定的。除此之外，主動裝置還決定通訊的波特率，而對于從動裝置而言，只有數據總線的地址和報文停歇時間可以被調節。

組態步驟如下：①選擇從站；②設置站號；③選擇通訊區類型（PPO1型）。圖2為從站選擇，圖3為地址分配，地址分配從4PKW/2PZD（256-267）。

圖2 從站選擇

圖3 從站的地址分配

上述步驟完成后，存盤編譯并下載到CPU中。

2.3 根據組態的硬件系統設置調速系統的參數

涉及到裝置的參數有以下幾個：

（1）P927：參數化的接口功能，用于定義裝置的參數化實現的方式。其參數值意義如下——0：無；1：通訊板（CBP2）；2：參數化單元（PMU）；4：G-SST1 串行接口和 OP1S；8：備用；16：工藝板（TB）；32：GSST2串行接口；64：G-SST3串行接口。

參數設置類似于8421碼，所設的參數值為所選類型序號的總和，亦即所選功能的組合。

（2）P918：CB總線地址，必須和前面組態地址一致。如果出現站號設置錯誤，裝置則會報錯：F080，故障值為5。

（3）U722=10MS：報文監控時間。變址1：表示第一塊CB板的電報故障時間，關于該時間的設定，關系到故障報警F080的出現時間。如果附加板無過程數據交換的時間超過此設定值，則會出現上述報警。

（4）P648：代表控制字1的源，由于本產品采用的是總線控制，所以設置為3001；即為K3001:代表通過第一塊CB/TB板接收到的數據，字1，為控制字PZD1。

（5）P644，001=3002：代表主給定的源，為 PZD2來自第一塊CB/TB板接收到的數據，字2。

（6）U744，001=32 即 K32：狀態字 1，002=167 即K167，選擇的是速度實際值。

3 編制程序

在組態完硬件并設置好參數后，就可以編制相應的控制和讀取程序了。對應于讀寫過程數據（PZD）的系統數據塊為SFC14和SFC15，SFC14是用于讀取6RA70從站的數據，比如狀態字、速度實際值等。SFC15是用于將控制數據寫入從站中，比如控制字、速度給定值等。具體程序如圖4所示。

圖4 控制字、狀態字的程序控制

在控制實現上，控制字的賦予值，決定裝置的控制方式，通過賦予DB101.DBW20相應的數值，啟動調速器運行，本例所設數值為W#16#9C7F。運行后調速器會按照所設的給定速度運行。

4 CBP2通訊板使用說明

此選件板通過Profibus通訊協議將裝置和其他更高級別的自控系統連接起來。圖5為該通訊板示意圖。

圖5 CBP板示意圖

為顯示當前運行狀態，選件板裝有3個發光二極管，分別為綠色、黃色和紅色，電源電壓由裝置提供。顯示在選件板前端的3個發光二極管的具體意義為：黃色代表通訊板與基本裝置進行數據交換；紅色代表CBP2板運行；綠色代表通過Profibus總線進行數據交換。在正常運行狀態下，三個燈同時閃亮，以相同的頻率閃爍，如果其中任何一個燈持續地亮或滅，就表明有一個異常條件發生。

5 結束語

綜上所述，總線技術應用到調速裝置上后，大大提高了控制系統水平，減少了相應繁瑣的接線，也相應降低了成本，值得行業推廣應用。

[1]SIMOREG DC Master.6RA70系列全數字直流調速裝置使用說明書.北京：西門子電氣傳動有限公司（SEDL）版本13，索引號：056 000 2000.21.

[2]Siemens公司.S7-300可編程控制器手冊.2003.

[3]劉澤祥，主編.現場總線技術[M].北京：機械工業出版社，2011.