基于Profibuss現(xiàn)場總線的交流伺服控制系統(tǒng)設(shè)計

靳雄杰 周桂蓮

【摘 要】利用西門子現(xiàn)場總線Profibus技術(shù)和力士樂伺服控制技術(shù)來實現(xiàn)全鋼子午線輪胎高精度胎面定長裁斷控制系統(tǒng)。

【關(guān)鍵詞】胎面定長裁斷，Profibus技術(shù)，力士樂伺服控制技術(shù)

【中圖分類號】TP273 【文獻標(biāo)識碼】A 【文章編號】1672-5158（2013）03-0111-01

全鋼子午線輪胎生產(chǎn)過程中胎面定長裁斷是其關(guān)鍵工序之一，膠料投入擠出機后壓出并經(jīng)牽引拉伸、冷卻及定長裁斷后得到輪胎胎面。胎面裁斷定長檢測的控制過程是一個先裁斷定長、后單條稱重的控制過程。開發(fā)一套具有高切割精度（包括加工端面傾斜度和光潔度及定長剪切長度的精確度）、能夠適應(yīng)較高裁斷速度的胎面裁斷裝置，不管從提高產(chǎn)量、減少廢品率還是從提高原料的利用率來說都顯得極為重要。

一、電氣控制部分組成

該控制系統(tǒng)采用Profibus現(xiàn)場總線傳輸效率最高的單主站線型網(wǎng)絡(luò)拓樸結(jié)構(gòu)，根據(jù)整條生產(chǎn)線的要求，選用了西門子S7-315-2DP為主控PLC，其中PLC作為DP主站。2臺驅(qū)動電機的力士樂DKC伺服控制器和2個絕對位移編碼器接入力士樂CLM1.4-LAP位置控制器，位置控制器本身帶有DP接口，可以直接連接在PROFIBUS總線上，作為現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的從站，并且可通過主站完成遠程參數(shù)配置。控制臺上各種操作和顯示要求較多，裁斷長度的設(shè)定與實際值，刀架左右移動的行程及速度，手動控制信號，以及某些系統(tǒng)參數(shù)的修改通過TP270來完成，TP270是西門子公司的基于Windows平臺的功能強大的操作終端。

二、軟件設(shè)計及分析

本系統(tǒng)軟件設(shè)計主要包括三大部分：

PLC控制程序及PLC和位置控制器CLM的通信程序的設(shè)計，其中包括系統(tǒng) Profibus-DP 網(wǎng)絡(luò)組態(tài)、系統(tǒng)硬件組態(tài)、控制程序設(shè)計等；

力士樂位置控制器裁斷伺服控制程序；

監(jiān)控程序的設(shè)計，主要包括系統(tǒng)運行需要的監(jiān)控主界面、裁斷控制界面、報表生成和數(shù)據(jù)查詢界面等人機界面的設(shè)計。

1. PLC控制程序設(shè)計

系統(tǒng)中以西門子S7-315-2DP作為Profibus現(xiàn)場總線主站提供與力士樂位置控制器CLM直接而便利的高速循環(huán)通信服務(wù)，通訊速率高、控制適時性好、抗干擾能力強且編程簡單。在PLC編程軟件STEP7中導(dǎo)入位置控制器CLM設(shè)備數(shù)據(jù)庫文件（IN2_04eb.gsd），完成硬件網(wǎng)絡(luò)組態(tài)，為位置控制器分配網(wǎng)絡(luò)地址，該地址必須與控制器參數(shù)中設(shè)置的相同，在組織塊OB中選用SFC14“DPRD_ DAT”，SFC15“DPWR_ DAT”系統(tǒng)功能塊向位置控制器接收/發(fā)送過程數(shù)據(jù)。

在位置控制器參數(shù)B007中設(shè)置與主站的總線通訊率，參數(shù)B008中設(shè)置從站網(wǎng)絡(luò)地址，并選擇參數(shù)過程數(shù)據(jù)對象（PPO）類型，這樣系統(tǒng)的現(xiàn)場設(shè)備與PLC之間通過Profibus-DP總線可以完成數(shù)據(jù)的讀寫和控制數(shù)據(jù)的傳輸，如控制字、狀態(tài)字、給定值和實際值等。除過程數(shù)據(jù)外，Profibus-DP也傳輸傳動系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)置和診斷信號。

2. 位置控制器CLM的伺服程序設(shè)計

力士樂位置控制器CLM是一種緊湊型、模塊化二/四軸數(shù)控系統(tǒng)，直接驅(qū)動力士樂DKC伺服驅(qū)動器完成交流伺服電機的精確定位運行，本系統(tǒng)中二套力士樂DKC伺服驅(qū)動器分別完成傳送帶定長傳送和裁斷刀架橫移的控制。位置控制器帶有豐富的指令集，可在其操作面板或裝有編程軟件（MotionManger）的計算機上完成控制程序的編寫。

裁斷伺服控制程序主要由總線Profibus通訊、傳送皮帶控制和裁斷刀架控制三部分組成。控制器與PLC之間控制和狀態(tài)信息的傳送由總線通訊程序完成，控制器接收PLC傳送的控制信息如速度值、長度值和操作指令等，同時將運行狀態(tài)信息傳送給PLC進行分析、顯示；傳送帶控制程序完成傳送帶伺服電機運行的速度和位置控制，進行胎面裁斷的精確定長和平穩(wěn)快速運行；裁斷刀架控制程序完成裁斷刀架橫向移動切割和其輔助裝置的控制，保證裁刀動作的正常執(zhí)行，得到較好的切割端面。

3. 監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計

系統(tǒng)以PLC為第一主站和以工業(yè)PC為第二主站，其中工業(yè)PC作為上位機，提供良好的人機交互環(huán)境，實現(xiàn)對整條生產(chǎn)線的生產(chǎn)管理和監(jiān)控，并實現(xiàn)連接到車間級INTRANET網(wǎng)絡(luò)。第一主站（主控PLC）是整個胎面生產(chǎn)線控制系統(tǒng)的核心，實現(xiàn)生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)的采集和處理，以及控制信號的發(fā)送與工業(yè)PC的通訊，以便于操作人員監(jiān)控現(xiàn)場的設(shè)備。整個系統(tǒng)的操作、工作狀態(tài)及測量分析結(jié)果在工業(yè)PC上進行圖形顯示監(jiān)控，通過現(xiàn)場總線由PLC上傳相關(guān)數(shù)據(jù)信息，處理系統(tǒng)報警，存儲歷史數(shù)據(jù)，生成各類報表，并進行圖形顯示及人機對話，向PLC下傳相關(guān)控制命令，從而實現(xiàn)監(jiān)控計算機與現(xiàn)場設(shè)備之間的信息管理。

裁斷控制人機界面采用TP270觸摸屏，通過Profibus總線與PLC主機連接。對于觸摸屏的編程，采用西門子公司提供的ProTool/ProCS組態(tài)軟件進行編程組態(tài)。ProTool/ProCS完整的圖形用戶界面加上軟件本身自帶的項目組態(tài)向?qū)г试S用戶方便地創(chuàng)建面向?qū)ο蟆⒒诜柕母鞣N項目。在ProTool/ProCS中界面上的操作單元與執(zhí)行器之間通過PLC利用變量進行通訊，即在HMI可以直接讀或?qū)懙腜LC上的存儲地址。軟件設(shè)計思想是在完成基本人機交互功能的基礎(chǔ)上，設(shè)計了一套讓操作者能夠自學(xué)習(xí)操作規(guī)程的軟件系統(tǒng)。通過人機界面，操作者即能設(shè)置一些基本的參數(shù)。自動運行按照設(shè)備設(shè)計的動作流程進行自動運行控制時，一些需要調(diào)整的參數(shù)，如速度、位置等可以方便的在觸摸屏上進行調(diào)整、修定。異常停止當(dāng)定位模塊、伺服驅(qū)動器、行程開關(guān)以及機器異常時伺服馬達都應(yīng)該立即停止運轉(zhuǎn)，并產(chǎn)生異常碼顯示在觸摸屏上，以便維修人員及時了解發(fā)生的問題。

三、結(jié)束語

本控制系統(tǒng)充分利用了西門子PLC、Profibus現(xiàn)場總線技術(shù)和力士樂伺服控制等先進技術(shù)，系統(tǒng)采用分布式開放結(jié)構(gòu)，響應(yīng)速度快，組態(tài)靈活，控制功能完善，操作簡單規(guī)范。控制精度達到±1mm，實踐證明該套基于Profibus-DP現(xiàn)場總線的控制系統(tǒng)安全可靠，故障率低，產(chǎn)品完全滿足下道工序的高標(biāo)準(zhǔn)要求，具有較高的生產(chǎn)和管理自動化水平，提高了生產(chǎn)效率，創(chuàng)造了較好的經(jīng)濟效益。

參考文獻：

[1] 崔堅、李佳、楊光，西門子工業(yè)網(wǎng)絡(luò)通訊指南[B]，機械工業(yè)出版社，2005年