淺談西門子自動(dòng)化產(chǎn)品在實(shí)驗(yàn)室中的應(yīng)用

徐麗

鞍鋼教育培訓(xùn)中心 遼寧 鞍山 114032

前言

鞍鋼集團(tuán)電氣自動(dòng)化控制設(shè)備絕大部分使用西門子產(chǎn)品，其中可編程序控制器S7-300、400以及6SE70系列變頻器的保有量極高，西門子產(chǎn)品的可靠性及先進(jìn)性受到大家一致好評(píng)的同時(shí)，也為企業(yè)創(chuàng)造了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。在這些年維護(hù)和新上改造項(xiàng)目的過程中現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)人員對(duì)WINCC、STEP7、Drive Monitor、Stater等軟件的掌握程度參差不齊，盡快提高現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)人員對(duì)西門子系列軟件的應(yīng)用水平是一件十分急迫的事情。

針對(duì)以上情況，培訓(xùn)中心籌建了西門子自動(dòng)化控制實(shí)驗(yàn)室，實(shí)驗(yàn)室中以4套S7-1500PLC為控制中心，與4臺(tái)西門子S120變頻器實(shí)現(xiàn)PROFINET通信，通過上位機(jī)WINCC畫面控制相應(yīng)變頻器帶動(dòng)電機(jī)旋轉(zhuǎn)調(diào)速，同時(shí)通過趨勢(shì)畫面可以觀察各變頻器運(yùn)行的各項(xiàng)數(shù)據(jù)趨勢(shì)（如電流、運(yùn)行頻率、轉(zhuǎn)矩、電機(jī)溫度等）。

1 控制系統(tǒng)構(gòu)成

1.1 系統(tǒng)硬件配置

實(shí)驗(yàn)室中的軟硬件配置主要根據(jù)現(xiàn)有自動(dòng)化控制方式為基準(zhǔn)，同時(shí)兼顧西門子新產(chǎn)品使用方法的學(xué)習(xí)和練習(xí)，為職工以后更好維護(hù)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備打下良好基礎(chǔ)，系統(tǒng)的硬件配置包括：CPU1511、AI/AO 模擬量模塊、DI/DO數(shù)字模塊、高速計(jì)數(shù)模塊FM350、S120變頻器、M440變頻器、6SE70變頻器等[1]。

1.2 系統(tǒng)軟件配置

為了配合以上硬件系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)相應(yīng)的控制功能，計(jì)算機(jī)安裝了Windows 7操作系統(tǒng)及必要的西門子軟件，包括TIA PORTAL V15、WinCC 7.0、DriveMonitor、STEP7 V5.5、Starter V4.2等。

1.3 系統(tǒng)的配置特點(diǎn)

為使實(shí)驗(yàn)室更好地服務(wù)于生產(chǎn)，實(shí)驗(yàn)室的軟、硬件配置都結(jié)合生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，并考慮了今后技術(shù)的發(fā)展情況，使職工掌握的技術(shù)貼近生產(chǎn)實(shí)際、更具針對(duì)性。

（1）通過在構(gòu)成的PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)，以計(jì)算機(jī)作為上位機(jī)，通過Profibus網(wǎng)絡(luò)不但能夠方便地通過WINCC畫面監(jiān)控各變頻器的運(yùn)行，更重要的是能夠通過Drive ES軟件在TIA PORTAL中直接通過Drive Monitor、Starter進(jìn)入各變頻器的參數(shù)界面，使得修改和監(jiān)視變頻器參數(shù)更加便捷。

（2）針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)電機(jī)的拖動(dòng)控制方式1主3從，每臺(tái)電機(jī)為有編碼器的矢量控制，變頻器之間控制設(shè)計(jì)成通過Simolink卡的主從控制，可以讓學(xué)員在實(shí)驗(yàn)室中通過Simolink網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行6SE70主從調(diào)試練習(xí)。

（3）將變頻器設(shè)計(jì)成有編碼器的矢量控制（P100=4）的控制方式，電機(jī)編碼器信號(hào)通過脈沖分配器分成兩路，一路接入變頻器，另一路接入PLC的高速計(jì)數(shù)模板，通過STEP7軟件可以實(shí)時(shí)監(jiān)視編碼器的計(jì)數(shù)值，讓學(xué)員在進(jìn)行驅(qū)動(dòng)調(diào)試練習(xí)的同時(shí)掌握通過高速計(jì)數(shù)模板采集電機(jī)編碼器的計(jì)數(shù)值。

（4）安裝S120變頻器可使學(xué)員使用Starter軟件進(jìn)行調(diào)試練習(xí)，為進(jìn)一步學(xué)習(xí)調(diào)試Sinamics G、S系列變頻器打下良好的基礎(chǔ)。

（5）在S7-1500PLC上選用8通道模擬量輸入模板，可以進(jìn)行多種模擬量信號(hào)的采集（包括0-5、10V電壓信號(hào)，2線制4-20mA電流信號(hào)，4線制4-20mA電流信號(hào)，Pt100標(biāo)準(zhǔn)型熱電阻信號(hào)等）；選用模擬量輸出模板，可通過外部掛線實(shí)現(xiàn)變頻器的無(wú)級(jí)調(diào)速。

2 控制系統(tǒng)完成的功能：

實(shí)驗(yàn)室所能完成的功能主要包括以下幾方面。

2.1 WINCC視窗控制界面的功能

整個(gè)WINCC界面由主畫面和窗口畫面組成，點(diǎn)擊主畫面左側(cè)的按鈕可以改變主畫面中窗口畫面的內(nèi)容，主畫面中還可以顯示系統(tǒng)當(dāng)前時(shí)間和室內(nèi)溫度。窗口畫面共有8幅，其中6幅分別為驅(qū)動(dòng)裝置的操作、監(jiān)視界面，1幅是驅(qū)動(dòng)裝置報(bào)警記錄畫面，1幅是模擬量信號(hào)練習(xí)畫面，同時(shí)WINCC軟件的Horn功能激活，相應(yīng)裝置故障報(bào)警時(shí)微機(jī)揚(yáng)聲器發(fā)出不同的報(bào)警聲。通過操作相應(yīng)窗口畫面中的按鈕可以進(jìn)行驅(qū)動(dòng)裝置的啟動(dòng)停止、用鼠標(biāo)拉動(dòng)滾動(dòng)條能夠?qū)崿F(xiàn)相應(yīng)電機(jī)的調(diào)速，同時(shí)監(jiān)視各電機(jī)的運(yùn)行參數(shù)趨勢(shì)（包括電機(jī)溫度、電機(jī)電流、實(shí)際轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩等）。

2.2 PLC可實(shí)現(xiàn)的控制功能

實(shí)驗(yàn)室中包括4部S7-1500PLC和4部S7-400PLC，兩者之間通過PROFINET通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的交換。

S7-1500PLC、ET200SP硬件系統(tǒng)中有AI模擬量輸入模塊模板通道經(jīng)過設(shè)定同時(shí)兼容電流、電壓等多種模擬量信號(hào)，采集信號(hào)在程序中經(jīng)過一系列數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換最終按量程顯示在微機(jī)畫面。

S7-1500PLC是本實(shí)驗(yàn)室的控制核心，通過PROFINET網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)與上位機(jī)和其余從站設(shè)備的通訊，TIA PORTAL中，可以很方便地通過PROFINET通信網(wǎng)絡(luò)直接觀察和修改S120、6SE70和M440驅(qū)動(dòng)裝置的控制參數(shù)。

2.3 驅(qū)動(dòng)裝置完成的功能

變頻器除了控制方式為有編碼器的矢量控制外，還有無(wú)編碼器的矢量控制。為了模擬在PLC系統(tǒng)故障的情況下繼續(xù)操作變頻器拖動(dòng)電機(jī)運(yùn)行，可以通過接入變頻器控制端子的手持按鈕盒選擇開關(guān)將操作方式切換到就地非PLC控制，變頻器的運(yùn)行信號(hào)經(jīng)手持按鈕盒通過接線端子輸入變頻器，此時(shí)變頻器能夠按固定頻率給定在脫離PLC控制的情況下運(yùn)行。

3 項(xiàng)目運(yùn)行、應(yīng)用體會(huì)

西門子S7-1500PLC和變頻器控制性能優(yōu)異，控制和保護(hù)功能完善，可適用于各種變速驅(qū)動(dòng)裝置，基本上能滿足各種應(yīng)用場(chǎng)合的使用要求。實(shí)驗(yàn)室的建立，培訓(xùn)任務(wù)將增加，現(xiàn)場(chǎng)職工的整體技術(shù)水平會(huì)得到有效提升，同時(shí)許多改造在實(shí)施之前按控制原理在此系統(tǒng)中先行試驗(yàn)論證，在改造實(shí)施期間能最大限度做到心中有數(shù)，使改造順利完成并達(dá)到預(yù)期的使用效果。