西門子S120單軸控制器在整體式皮帶秤上的應用

魏建建

摘 要：Sinamics S120是西門子公司推出的全新驅動控制系統，它可以用來控制多種類型的電動機，其調速功能精確可靠，強大的定位功能還可以實現進給軸的絕對、相對定位。我們將西門子S120單軸控制器應用于無紡布設備的整體式皮帶秤部分，提高了物料輸送皮帶調速的精確性及可靠性。本文介紹了該控制功能實現的具體方案，詳細說明了整個電氣硬件的配置、伺服電機的調試及控制程序的編寫等。

關鍵詞：西門子S120單軸控制器；皮帶秤；無紡布設備

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.11.222

0 前言

伺服驅動器在發展了變頻技術的前提下，在驅動器內部的電流環，速度環和位置環都進行了比一般變頻更精確的控制技術和算法運算，在功能上也比傳統的變頻控制強大很多，將電壓信號轉化為轉矩和轉速以驅動控制對象，實現了位置，速度和力矩的閉環控制，能夠快速響應指令，加減速更快捷更高效，主要的一點就是可以對位置進行精確控制。目前伺服控制功能已經在各類流水線設備上廣泛應用，可以使控制系統相較于之前的變頻控制在性能達到一個全新的水平，包括更精確的調速及定位、更高的生產率、更好的可靠性和更長的壽命。本文以西門子S120單軸控制器應用于無紡布流水生產線皮整體式帶秤部分為例，對其具體的實現過程進行闡述。

1 SINAMICS S120控制系統簡介

SINAMICS S120是西門子公司推出的全新的集V/F、矢量控制及伺服控制于一體的驅動控制系統，它不僅能控制普通的三相異步電動機，還能控制同步電機、扭矩電機及直線電機。SINAMICS S120具有模塊化設計，可以提供高性能的單軸和雙軸驅動，功率范圍涵蓋0.12 kW–4500kW，具有廣泛的工業應用價值。由于其具有很高的靈活性能，SINAMICS S120可以完美的滿足應用中日益增長的對驅動系統軸數量和性能的要求。這里我們在整體式皮帶秤上應用的S120單軸控制器就利用了其精確可靠的調速功能，以及強大的定位功能。

2 整體式皮帶秤的電氣配置及控制原理

整體式皮帶稱電氣控制系統采用西門子CU310-2PN單軸控制器、S7-1200可編程序控制器和KTP700PN觸摸屏來控制。西門子CU310-2PN為單軸控制單元，配置在功率模塊上提供通訊和開環/閉環控制功能。S7-1200可編程序控制器由1個1215C模塊，自帶14個數字量輸入、10個數字量輸出、2路模擬量輸入、2路模擬量輸出組成。KTP700PN觸摸屏作為西門子新一代精簡面板，是帶PROFINET通訊的7寸觸摸加按鍵類型的觸摸屏。為了提高克重標定的精度，我們采用杰曼GM系列稱重儀表配合稱重傳感器來檢測標定稱重桿上的物料重量。

3 整體式皮帶秤電氣控制系統的實現過程

3.1 控制程序的編寫調試

整體式皮帶秤的啟動、停止由下級梳理設備給予的進料啟動信號控制，下級梳理設備進料啟動信號到達后，皮帶秤及其自調勻整功能才能啟動。皮帶秤先通過配置好稱重傳感器的稱重儀表進行產量標定，根據現場生產的克重要求，對設定克重與實際克重進行比較，經由PLC可編程控制器內的算法來調整進入喂料點的速度。在設定克重不變的情況下，皮帶秤稱重稈上原料重量變輕時，到喂入點時速度加快；調速比增大時，到喂入點速度加快的幅度加大；重量變重、調速比減小時，則反之。我們基于以上控制流程編寫PLC程序，通過西門子博圖V13軟件建立設備組態，組態PRIFINET通訊成功以后就可以進行相關PLC程序的調試。

西門子S-1200PLC與CU310-2PN單元之間通過PROFINET IO可進行周期性及非周期性數據通訊，使用S7功能塊DPWR_DAT和DPRD_DAT，S7-1200PLC通過PROFINET周期性通訊方式可將控制字和主設定值發送至驅動器，并從驅動器讀取狀態字和實際值。

3.2 基于西門子S120控制器的伺服調試

PLC控制程序調試完畢后，我們需要對伺服電機進行調試，這里我們使用西門子SCOUT4.5軟件對S120伺服控制器進行調試。CU310-2PN驅動器使用PROFINET通訊方式，連接網線通訊正常以后，即可打開SCOUT4.5軟件配置好通訊參數，然后通過軟件側“Automatic Configuration”功能自動組態讀取驅動裝置。驅動裝置讀取完畢后就可以設置電機參數。

由于該皮帶秤設備使用是第三方電機（非西門子電機）及編碼器，所以需要手動配置電機及編碼器的基本參數，還需要對進行電機初始相位角進行識別。電機初始相位角識別成功后，打開軟件側“Control Panel”控制面板給電機施加使能，寫入速度即可旋轉。為了提高電機運轉時的精確性、可靠性，加快響應的同時減小電機抖動、克服電機嘯鳴，可以通過軟件側提供的“Trace”功能觀察電機運動曲線來對電流環、速度環等系數進行手動調整。另外稍高版本的S120還提供了自動優化功能，在軟件側選擇“Automatic controller setting”功能選項，通過自動優化功能可以自動識別電流環，正負向負載測量，自動設置速度環參數等。系統在自動優化后，可以滿足一般伺服控制場合的動態要求。

通過上述操作，完成對皮帶秤伺服電機的調試工作。

4 結束語

目前，伺服控制已經在各類流水線生產設備上廣泛應用，使設備的控制系統提高了一個層次，更加可靠高效，擴展性、開放性也更好。我們將西門子S120單軸控制器應用于無紡布設備的整體式皮帶秤部分，提高了物料輸送皮帶調速的精確性及可靠性。相較于之前采用的變頻控制，該皮帶秤設備輸送物料的實際克重與設定值更加吻合，提高了設備的生產率、穩定性，可靠性也得到了加強。

參考文獻：

[1]STEP7 Professional V13.0系統手冊[S].西門子自動化.

[2]S120參數手冊（ S120 list manual）[S].西門子自動化.

[3]S120調試手冊（ SINAMICS S120 commissioning manual）[S].西門子自動化.