西門子S7-300系列PLC及AB753系列變頻器在薄膜單向拉伸生產線上的應用

張 偉，宋曉亮，童 慧

(北京機械工業自動化研究所，北京 100120）

0 引言

隨著國家對新能源政策的大力扶持，鋰電池隔膜作為動力鋰電池的關鍵內層組件材料對電池的循環能力，容量，安全性都起著極其重要的作用。薄膜單向拉伸設備是屬于干法單向拉伸工藝，它是通過生產硬彈性纖維的方法，制備出低結晶度的高取向聚丙烯或聚乙烯薄膜，在高溫退火獲得高結晶度的取向薄膜。由于我國受國外專利保護及知識產權方面的制約，國內采用單向拉伸方法制備隔膜的工業化進展很慢。經過多年的努力，我們自主研發的單向拉伸生產線實現了干法單向拉伸工藝鋰離子動力電池隔膜的規模化生產，可同時拉伸16層以上的基膜（總厚度250μm以上），在大幅提高生產效率的同時大大降低了生產成本。該生產線單條的年產量約7千萬平米，并且能夠生產不同厚度、不同層數的薄膜，運行平穩，各項功能、性能指標均達到工藝要求，開辟了特種膜生產線領域的新市場，贏得了業界的廣泛贊譽和一致好評。本文主要在薄膜單向拉伸生產線的設備基本組成及工作原理，對不同品牌電氣控制系統的集成，和系統之間通訊的實現進行了詳細的介紹。

1 薄膜單向拉伸生產線的設備基本組成以及工作原理介紹

薄膜單向拉伸生產線設備分為六大部分，分別為放卷機、縱拉機、牽引機、浮動輥裝置、跟蹤裝置和收卷機。PP薄膜單向拉伸工藝是與PP薄膜雙向拉伸工藝并存的一種拉膜方式，此種工藝生產的PP薄膜晶體取向一致性好，被廣泛用于動力電池生產中。PP薄膜要求通過此設備經過二次加工后，拉伸后最大厚度達到0.5mm，并且要使用低張力整齊地卷在收卷機上。

下面簡要介紹一下它的工作原理。

圖1 薄膜單向拉伸生產線設備圖

設備如圖1所示，設備生產的基本流程為：將需要二次加工的膜卷放置于放卷機上，將膜片根據工藝路徑依次貫穿縱拉機的各輥筒，再將從縱拉機出來的膜片依次經過牽引機、浮動輥裝置、跟蹤裝置，最后進入收卷機進行收卷，即完成了工藝流程。放卷機實現膜片在一定張力下的放卷，縱拉機實現對膜片的拉伸和成型，牽引機實現對成型膜片的牽引，浮動輥裝置、跟蹤裝置和收卷機實現對膜片的低張力收卷作業。

2 主要設備的控制系統配置

本系統不但對機械設備的加工和精度要求非常高，而且對電控系統的控制精度要求也是非常苛刻的，由此我們進行的詳細的設備選型，最終我們第一次選用羅克韋爾AB公司的工程型高性能753系列變頻器，配合西門子S7-300系列PLC進行系統集成和應用。

3 西門子PLC與AB753變頻器之間的DP通訊實現

AB753系列變頻器通過總線插件方式接入profibus-DP總線，S7-300PLC利用其總線訪問權，讀取或改寫變頻器的狀態。由于這是國內第一次實現兩個系統通過profibus-DP通訊，所以下面我著重詳細的介紹一下它們是如何實現的。

3.1 變頻器參數設置

1）命令通道的設置

通過通訊給定速度：

在變頻器的“命令”菜單里，當變頻器的第4個插槽插上通訊卡后，給定通道的選項里會新增一項選項：通信卡。PLC程序中通過Profibus-DP通訊給定速度，則將給定通道選擇為“通信卡”。速度基準值P545選為通訊板端口4 參數設為P874

2）讀寫參數的設置

在變頻器的“通信” 菜單里，前兩個子菜單分別是DataLink1

DL From Net 01（參數1）（即變頻器發送給PLC的數據）和DataLink2

DL To net P2（即PLC發送給變頻器的數據）。通過對這兩個子菜單的設置，我們可以實現變頻器和PLC之間的數據交換。

綜上，完成變頻器通訊參數的設置后，完成PLC的Profibus-DP通訊配置后即可從以上通道讀寫控制AB753變頻器。

3.2 Profibus-DP網絡組態配置

對于任何從站設備，如果對于西門子PLC Profibus-DP網絡是第三方設備，它都需要一個GSD文件，這個GSD文件起到一個識別其身份、分配其功能的作用。所以在Step-7軟件的硬件配置畫面（Hardware Config），選擇菜單Options下的Install New GSD...選擇753的GSD文件（20-750-PBUS_01_002_03_GSD）

3.3 組態配置

在硬件配置畫面（Hardware Config）點擊配置過GSD文件的753變頻器圖標文件，下方窗口出現分配地址，如圖2所示。

圖2 地址分配

分配的地址共分兩部分，Slot1顯示的是Profibus-DP通訊的PKW區域，占4個輸入字和4個輸出字。它們分別是PIW256、PIW258、PIW270、PIW272，和PQW256、PQW258、PQW270、PQW272。

Slot2顯示的是Profibus-DP通訊的自定義PZD區域，占2個輸入字和2個輸出字。它們分別是：PIW264…PIW266，和PQW266…PQW266。

3.4 變頻器數據讀寫

上述組態配置中Slot2即Profibus-DP通訊的PZD區域，所對應的就是我們在“變頻器參數設置”中所涉及的DL From Net與DL TO Net參數。圖3是程序中變頻器與PLC數據通訊的格式：

通過上述DB1與PIW/PQW相關數據，PLC能夠通過對DB10的數據處理完成對AB753變頻器的遠程操作。

圖3 數據通訊格式

4 結束語

目前此套薄膜單向拉伸設備為國內隔膜唯一進行量產的單向拉膜生產線，經過長時間的生產運行，證明該西門子PLC和AB變頻器的電控配置系統運行穩定，速度精度高，收放卷張力也滿足工藝要求，達到了此前控制系統的設計要求。這條生產線的投入運行也使我所在薄膜單向拉伸生產線設備領域上走在了國內同行的前列。

[1]尹燕平.雙向拉伸塑料薄膜[M].北京:化學工業出版社，1999.8.

[2]崔堅.西門子工業網絡通訊指南（上、下）[M].機械工業出版社,2005.

[3]胡壽松.自動控制原理(第3版)[M].國防工業出版社,1995.