直流调速总线系统在机械压力机上的应用

2014-09-25于英刚许洪刚李中华

锻压装备与制造技术 2014年4期

于英刚，许洪刚，张华，李中华

（合肥合锻机床股份有限公司，安徽合肥 230601）

近年来，随着自动化技术应用的越来越广泛，客户对机械压力机（如上海华普研制的JH39-630型闭式四点机械压力机）的滑块行程次数有了更多要求，促进了对主电机调速功能的深入研发。调速器采用Profibus-DP现场总线控制模式后，系统的稳定性和实时性得到较大提高，而且可根据工艺需要进行灵活的功能修改，大大节约了成本。用Profibus-DP构成传动系统，达到了非常满意的效果。采用这种方式可经济、有效地解决在传动系统中自动化信息的传递问题，是目前值得大力推广的系统解决方案。

1 系统设计

以JH39-630型闭式四点落料压力机为例，其控制系统核心采用西门子S7-300可编程控制器，并带有DP接口，以实现整机的分布式I/O系统，SIMENS公司Profibus网络控制技术，S7-300中央处理器通过集成在CPU上的Profibus-DP接口连接到Profibus网络上。带有Profibus-DP主站/从站接口的CPU可使用户方便实现高速的分布式自动化组态，从用户角度看，通过Profibus-DP分布式I/O就象处理集中的I/O一样，具有相同的组态、地址和编程。

SIMENS公司Profibus网络控制技术在硬件上，包括S7-300 CPU315-2DP中央处理主站单元，远程输入单元，远程输出单元。网络正常工作时，主站单元上绿色指示灯亮，发生故障时，红色指示灯亮。S7-300 CPU315-2DP中央处理主站单元网络地址号为2，其余各站网络地址号在相应的从站耦合器上设定。当各站网络地址号设定后，各远程输入单元输入信号地址自动设定，各远程输出单元输出信号地址自动设定。各输入输出地址在整个系统中是唯一的，出厂时已设定好。6RA70调速系统在配置了CBP2通讯板后，就可以通过总线成为此网络中的一个从站。其输入输出地址区也在配置硬件的时候自动设定。

调试以及配置所具备的条件包括：调试电脑中安装Step 7 v5.3版本或以上版本；所配备的控制系统中带有DP通讯接口，本机使用的CPU型号为：6ES7315-2AH14-0AB0（配有DP接口和MPI接口）；总线通讯电缆，本机选用的是德国兰谱高品质总线电缆；总线连接器，用于通讯电缆和接口的连接；直流调速器一台，装置中配备Profibus通讯板CBP2（型号为6SE7090-0XX84-0FF5）。

2 组态

具备了以上软硬件设施条件，以下要分两个步骤进行。

2.1 在PLC中对该系统进行组态

（1）打开SIMATIC MANAGER，通过相应的菜单组建要调试的项目，输入项目名称；在下方有该项目所在的存储位置。

（2）完成上述工作后，点击“OK”按钮，则会弹出包含该项目所有信息的窗口，然后在右键弹出的快捷菜单中选择“插入新对象”插入“SIMATIC 300站点”，这时即可看到选择的对象出现在右侧屏幕上。

（3）双击左侧“SIMATIC 300”图标，再双击右侧生成的“硬件”图标，如图1所示。出现“硬件组态”窗口，现在就可以组态所使用的了，在“查看”菜单中选择“目录”项，屏幕左侧便会出现“硬件目录”窗口。

图1 配置硬件图

（4）建立元件安放机架，然后根据所选元件订货号依次放入机架中，如电源、CPU、IM360、输入输出模块等，在插入CPU模块时，会自动弹出Profibus组态画面，点击“新建”按钮，出现一条profibus，组态总线站地址，产品设置为2。总线的传输速率为“1.5Mbps”，DP行规，无中继器、OBT等网络元件。点击“OK”按钮确认并存盘，然后组态前面所述的本地模块。

2.2 根据软件组态在调速装置中进行参数设定

6RA70作为DP的一个从站，就要把它挂到Profibus网上，从部件目录中选择该元件，设置好其站号，本机设置为5，在其属下的槽位中设置6RA70的通讯区，一位通讯区与具体应用有关，所以在组态之前应确认通讯的PPO类型，本机选用的通讯区为PPO1型。

Profibus-DP报文借助报文进行数据交换。在每一个报文中，有用数据都分为两部分被传输：①参数（参数识别值：PKW）；②过程数据（PZD）。

在PKW范围内，所有需要读和写的参数值或由参数特性确定读的数据都被传输，在PZD范围内，包含了所有的为控制一个调速系统所必需的信息，控制信息（控制字）和装置的给定值是由Profibus-DP主动装置传送给从动装置。反方向说，关于从动装置的状态的信息（状态字）和实际值（速度值、电流值等）按照相反的方向被传送，在报文中，参数识别值（PKW）和过程数据（PZD）部分的长度是由主动装置来决定的。除此之外，主动装置还决定通讯的波特率，而对于从动装置而言，只有数据总线的地址和报文停歇时间可以被调节。

组态步骤如下：①选择从站；②设置站号；③选择通讯区类型（PPO1型）。图2为从站选择，图3为地址分配，地址分配从4PKW/2PZD（256-267）。

图2 从站选择

图3 从站的地址分配

上述步骤完成后，存盘编译并下载到CPU中。

2.3 根据组态的硬件系统设置调速系统的参数

涉及到装置的参数有以下几个：

（1）P927：参数化的接口功能，用于定义装置的参数化实现的方式。其参数值意义如下——0：无；1：通讯板（CBP2）；2：参数化单元（PMU）；4：G-SST1 串行接口和 OP1S；8：备用；16：工艺板（TB）；32：GSST2串行接口；64：G-SST3串行接口。

参数设置类似于8421码，所设的参数值为所选类型序号的总和，亦即所选功能的组合。

（2）P918：CB总线地址，必须和前面组态地址一致。如果出现站号设置错误，装置则会报错：F080，故障值为5。

（3）U722=10MS：报文监控时间。变址1：表示第一块CB板的电报故障时间，关于该时间的设定，关系到故障报警F080的出现时间。如果附加板无过程数据交换的时间超过此设定值，则会出现上述报警。

（4）P648：代表控制字1的源，由于本产品采用的是总线控制，所以设置为3001；即为K3001:代表通过第一块CB/TB板接收到的数据，字1，为控制字PZD1。

（5）P644，001=3002：代表主给定的源，为 PZD2来自第一块CB/TB板接收到的数据，字2。

（6）U744，001=32 即 K32：状态字 1，002=167 即K167，选择的是速度实际值。

3 编制程序

在组态完硬件并设置好参数后，就可以编制相应的控制和读取程序了。对应于读写过程数据（PZD）的系统数据块为SFC14和SFC15，SFC14是用于读取6RA70从站的数据，比如状态字、速度实际值等。SFC15是用于将控制数据写入从站中，比如控制字、速度给定值等。具体程序如图4所示。

图4 控制字、状态字的程序控制

在控制实现上，控制字的赋予值，决定装置的控制方式，通过赋予DB101.DBW20相应的数值，启动调速器运行，本例所设数值为W#16#9C7F。运行后调速器会按照所设的给定速度运行。

4 CBP2通讯板使用说明

此选件板通过Profibus通讯协议将装置和其他更高级别的自控系统连接起来。图5为该通讯板示意图。

图5 CBP板示意图

为显示当前运行状态，选件板装有3个发光二极管，分别为绿色、黄色和红色，电源电压由装置提供。显示在选件板前端的3个发光二极管的具体意义为：黄色代表通讯板与基本装置进行数据交换；红色代表CBP2板运行；绿色代表通过Profibus总线进行数据交换。在正常运行状态下，三个灯同时闪亮，以相同的频率闪烁，如果其中任何一个灯持续地亮或灭，就表明有一个异常条件发生。