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西門子S7-300 PLC在中厚板精整控制系統(tǒng)中的變頻器的設(shè)置

①變頻器與主站S7-300的通信是通過(guò)在SIMOVERT MASTERDRIVERS上安裝CBP通信板來(lái)實(shí)現(xiàn)的。機(jī)柜型變頻器有6個(gè)槽可用來(lái)安裝可選板，CBP通信板可以安裝在任何一個(gè)槽位。通信板安裝完畢后就可以啟動(dòng)進(jìn)行配置，首先要確定站地址，這是通過(guò)變頻器參數(shù)設(shè)置完成的，其過(guò)程如圖7-8所示。CBP通信板有3個(gè)指示燈顯示通信狀態(tài)，分別是：紅色為運(yùn)行燈；黃色為與變頻器進(jìn)行數(shù)據(jù)交換燈；綠色為PROFIBUS-DP進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸燈。只有當(dāng)這3個(gè)指示燈同時(shí)閃爍時(shí)，系統(tǒng)通信才正常。

圖7-8  CBP板的基本配置流程

    ②PROFIBUS-DP的數(shù)據(jù)通過(guò)報(bào)文的形式交換，每個(gè)報(bào)文傳輸?shù)臄?shù)據(jù)可分為兩組，需要用STEP 7進(jìn)行硬件配置時(shí)設(shè)定。這兩組數(shù)據(jù)分別是參數(shù)PKW和過(guò)程數(shù)據(jù)PZD。PKW數(shù)據(jù)段是讀寫變頻器參數(shù)值及讀參數(shù)的全部特性；PZD數(shù)據(jù)段傳輸?shù)氖亲冾l器的控制信息，也就是變頻器的控制參數(shù)，由主站的S7-300 PLC向變頻器發(fā)出控制字和設(shè)定點(diǎn)，變頻器則返回狀態(tài)字和實(shí)際值。PKW和PZD的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度可根據(jù)需要設(shè)定，同時(shí)可設(shè)定數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俾省１鞠到y(tǒng)中，PKW和PZD分別設(shè)定為4個(gè)字和2個(gè)字，通信數(shù)據(jù)傳輸速率為1.5Mb/s。

    ③變頻器通信控制參數(shù)的設(shè)置。變頻器參數(shù)設(shè)置的基本過(guò)程如下：變頻器送電后，首先將參數(shù)恢復(fù)為工廠設(shè)置，然后進(jìn)行CBP板的配置，選擇P060-5進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)置，后進(jìn)行控制字和狀態(tài)字的連接設(shè)置，將矢量控制開(kāi)關(guān)量和矢量控制連接量與PLC中定義的參數(shù)值和控制字連接。本系統(tǒng)的主要連接參數(shù)如表7-4所示。

④由于翻板機(jī)、輥道等設(shè)備需要比較準(zhǔn)確的定位，并且生產(chǎn)節(jié)奏較快，因此每臺(tái)傳動(dòng)變頻器都有外置的制動(dòng)單元和制動(dòng)電阻制動(dòng)單元通過(guò)中間回路連接到變頻器上，當(dāng)中間回路電壓達(dá)到預(yù)定值時(shí)，制動(dòng)單元自動(dòng)接通，阻止中間電壓繼續(xù)升高。與制動(dòng)有關(guān)的參數(shù)中，P462為從靜止加速到參考頻率的時(shí)間，P463為加速時(shí)間的單位，P464為從參考頻率減速到靜止的時(shí)間，P465為減速時(shí)間的單位。根據(jù)工藝要求的不同，每臺(tái)變頻器設(shè)置不同的加減速時(shí)間。

PROFIBUS-DP系統(tǒng)是一個(gè)兩端有源終端器的線性總線結(jié)構(gòu)，亦稱為RS-485總線段，在一個(gè)總線段上多可連接32個(gè)站。9針D型連接器用于總線站與總線的相互連接。D型連接器的插座與總線站相連接，而D型連接器的插頭與總線電纜相連接。與總線連接的每一個(gè)站，無(wú)論是主站還是從站，都表現(xiàn)為一個(gè)RS-485電流負(fù)載。有源總線終端接有終端電阻，在數(shù)據(jù)傳輸時(shí)防止反射，并且當(dāng)總線上無(wú)站活動(dòng)時(shí)，它確保在數(shù)據(jù)線上有一個(gè)確定的空閑狀態(tài)電位。本系統(tǒng)中，在一個(gè)總線段上共有20個(gè)站，2#站和1#站作為總線的2個(gè)終端接有終端電阻，終端電阻可以由位于總線插頭的開(kāi)關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)連接和斷開(kāi)之間的轉(zhuǎn)換。

    PROFIBUS-DP協(xié)議是為自動(dòng)化制造工廠中分散I/O和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備所需的高速數(shù)據(jù)通信設(shè)計(jì)的。典型的DP配置是單主站結(jié)構(gòu)，DP主站與DP從站間的通信基于主從原理。也就是

說(shuō)，只有當(dāng)主站請(qǐng)求時(shí)，總線上的DP從站才可能活動(dòng)。DP從站被DP主站按輪詢表依次訪問(wèn)。DP主站與DP從站間的用戶數(shù)據(jù)連續(xù)地交換，而并不考慮用戶數(shù)據(jù)的內(nèi)容。中厚板1#冷床及精整區(qū)域就是采用這種典型結(jié)構(gòu)。

  現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)是近年來(lái)應(yīng)用較為廣泛的*控制技術(shù)，其主要原因之一是現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了數(shù)字和模擬I/O模塊、智能信號(hào)裝置、過(guò)程調(diào)節(jié)裝置、可編程序控制器(PLC)和PC之間的數(shù)據(jù)傳輸，把I/O通道分散到實(shí)際需要的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備附近，使安裝和布線的費(fèi)用開(kāi)銷減少到小，從而使成本費(fèi)用大大降低。另外，標(biāo)準(zhǔn)化的現(xiàn)場(chǎng)總線具有“開(kāi)放”的通信接口，允許用戶選用不同制造商生產(chǎn)的分散I/O裝置和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，同時(shí)也可以方便地實(shí)現(xiàn)二級(jí)及三級(jí)網(wǎng)絡(luò)的連接。某鋼鐵廠中厚板三期工程精整區(qū)域由于設(shè)備數(shù)量較多，同時(shí)又分散在較大的范圍內(nèi)，因此特別適合采用現(xiàn)場(chǎng)總線方式實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)化控制。

    中厚板精整區(qū)域的主要設(shè)備有冷床輸入輥道、輸入提升鏈、滾盤、輸出提升鏈及輸出輥道、潤(rùn)滑站及冷床冷卻風(fēng)機(jī)，另外還有火焰切割系統(tǒng)、運(yùn)輸輥道、翻板機(jī)、電磁起重機(jī)等。中厚板廠的原有自動(dòng)化設(shè)備絕大多數(shù)采用SIEMENS公司的產(chǎn)品，為了便于維護(hù)和網(wǎng)絡(luò)連接，精整區(qū)域的自動(dòng)化控制設(shè)備也以SIEMENS的產(chǎn)品為主，PLC選用S7-300，型號(hào)為CPU315-2DP。傳動(dòng)系統(tǒng)全部為SIMOVERT MASTERDRIVERS矢量控制型變頻器。其中，1#冷床及精整區(qū)域PROFIBUS-DP系統(tǒng)中，2#站S7-300為主站，本站的模塊均為冷床系統(tǒng)I/O點(diǎn)。3#站、17#站為遠(yuǎn)程ET-200，其中3#站ET-200是精整系統(tǒng)的遠(yuǎn)程I/O，17#站ET-200則作為冷床操作臺(tái)遠(yuǎn)程I/O，4～8#站是I/O系統(tǒng)傳動(dòng)變頻器，9～16#站是1#冷床系統(tǒng)傳動(dòng)變頻器，18～21#站則是2#冷床系統(tǒng)傳動(dòng)變頻器。

根據(jù)料車運(yùn)行速度要求，電動(dòng)機(jī)在高速、中速、低速段的速度曲線采用變頻器設(shè)定的固定頻率，按速度切換主令控制器發(fā)出的信號(hào)由PLC控制轉(zhuǎn)速的切換。S7-300 PLC接線原理如圖7-4所示。根據(jù)料車運(yùn)行速度，可畫出變頻器頻率曲線，如圖7-5所示。圖7-5中OA為重料車啟動(dòng)加速段，加速時(shí)間為3s; AB為料車高速運(yùn)行段，f1=50Hz為高速運(yùn)行時(shí)所對(duì)應(yīng)的變頻器頻率，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為740r/min，鋼繩速度1.5m/s; BC為料車的*次減速段，由主令控制器發(fā)出*次減速信號(hào)給PLC，由PLC控制變頻器MM440，使頻率從50Hz下降到20Hz，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速?gòu)?/span>740r/min下降到296r/min，鋼繩速度從1.5m/s下降到0.6m/s，減速時(shí)間為1.8s; CD為料車中速運(yùn)行段，頻率為f2=20Hz; DE為料車第二次減速段，由主令控制器發(fā)出第二次減速信號(hào)給PLC。由PLC控制MM440，使頻率從20Hz下降到6Hz，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速?gòu)?/span>296r/min下降到88.8r/min，鋼繩速度從0.6m/s下降到0.18m/s; EF為料車低速運(yùn)行段，頻率為6Hz; FG為料車制動(dòng)停車段，當(dāng)料車運(yùn)行至高爐項(xiàng)時(shí)，限位開(kāi)關(guān)發(fā)出停車命令，由PLC控制MM440完成停車。左右料車運(yùn)行速度曲線*。

(1)變頻器的容量

高爐卷?yè)P(yáng)系統(tǒng)具有恒轉(zhuǎn)矩特性，重載啟動(dòng)時(shí)，變頻器的容量應(yīng)按運(yùn)行過(guò)程中可能出現(xiàn)的大工作電流來(lái)選擇，即：

式中，瓜為變頻器的額定電流；/Mmax為電動(dòng)機(jī)的大工作電流。

變頻器的過(guò)載能力通常為變頻器額定電流的1.5倍，這只對(duì)電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)或制動(dòng)過(guò)程才有意義，不能作為變頻器選型時(shí)的大電流。因此，所選擇的變頻器容量應(yīng)比變頻器說(shuō)明書中的“配用電動(dòng)機(jī)容量”大一擋至二擋；且應(yīng)具有無(wú)反饋矢量控制功能，使電動(dòng)機(jī)在整個(gè)調(diào)速范圍內(nèi)，具有真正的恒轉(zhuǎn)矩，滿足負(fù)載特性要求。

本系統(tǒng)選用西門子MM440，額定功率55kW，額定電流110A的變頻器。該變頻器采用高性能的矢量控制技術(shù)，具有*的過(guò)載能力，能提供持續(xù)3s的200%過(guò)載能力，同時(shí)提供低速高轉(zhuǎn)矩輸出和良好的動(dòng)態(tài)特性。

(2)制動(dòng)單元

從上料卷?yè)P(yáng)運(yùn)行速度曲線可以看出，料車在減速或定位停車時(shí)，應(yīng)選擇相應(yīng)的制動(dòng)單元及制動(dòng)電阻，使變頻器直流回路的泵升電壓UD保持在允許范圍內(nèi)。

(3)控制與保護(hù)

料車卷?yè)P(yáng)系統(tǒng)是鋼鐵生產(chǎn)中的重要環(huán)節(jié)，拖動(dòng)控制系統(tǒng)應(yīng)保證安全可靠。同時(shí)，高爐煉鐵生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境較為惡劣，所以，系統(tǒng)還應(yīng)具有必要的故障檢測(cè)和診斷功能。

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