遞送機一拖二控制系統的設計應用

周書亮，鄧志偉，谷海龍，魏 婷，于振寧，廖 洪

（渤海裝備華油鋼管公司，河北 青縣 062658）

遞送機一拖二控制系統的設計應用

周書亮，鄧志偉，谷海龍，魏 婷，于振寧，廖 洪

（渤海裝備華油鋼管公司，河北 青縣 062658）

針對螺旋焊管生產機組在生產過程中出現的遞送機上下輥不同步運行造成的頓板和燒穿問題，設計了一拖二控制系統。該系統以Profibus DP方式與PLC主站通訊，通過Starter軟件對SINAMICS DCM 6RA80控制器進行參數設置和PLC程序運算處理，實現1臺控制器對上下輥電機同步控制。上位機采用CP5711連接到PLC主站，對運行參數進行監控。實際運行表明，遞送機速度誤差為±0.02 m/min，滿足生產工藝要求，系統運行同步、穩定。

螺旋焊管生產機組；遞送機；同步；通訊；控制器；上位機

遞送機（又稱夾送機）是螺旋焊管生產機組的主要設備之一，主要為鋼板通過成型器提供遞送力，其次在鋼板對頭時，為飛焊小車行走提供拖動力。渤海裝備華油鋼管公司在役的 φ508～φ1620 mm生產線上遞送機電機輸出功率為60kW，遞送機上下輥徑均為600 mm，其上下輥電機采用2臺控制器主從控制，在生產過程中，出現遞送機上下輥運行不同步現象，造成遞送力不均，在鋼管焊接過程中產生頓板和焊接燒穿現象，影響鋼管焊接質量，甚至造成鋼管降級、降廢而造成經濟損失。

為了避免遞送機上下輥出現運行不同步現象，優化遞送機控制模式，根據設備實際狀況設計一種新型遞送機控制方式，對提高焊接質量、降低材耗有重要意義。

1 系統結構

遞送機一拖二控制系統結構如圖1所示。6RA80控制器連接的電機1和電機2為執行機構，通過齒式聯軸器把輸出動力傳遞給聯合齒輪箱，聯合齒輪箱帶動遞送機上下輥轉動；PLC主站以Profibus DP通訊方式，對6RA80控制器進行啟、停控制和運行參數的讀寫，上位機采用CP5711通訊卡與PLC主站建立連接，監控系統運行。

圖1 遞送機一拖二控制系統結構圖

2 系統控制設計

2.1 控制器

采用西門子直流調速器 SINAMICS DCM 6RA80，在繼承6RA70的基礎上，6RA80可采用Starter軟件進行調試，提高了調試的可視化程度和方便性，支持DCC功能，可按照生產工藝對指令進行組合；增強了抗短路保護功能；功率因數具有可變性，工作時接近“1”，提高了效率。

6RA80控制器的勵磁和電樞接線端需要連接2臺直流電動機，電樞采用并聯方式，勵磁采用串聯方式，保證2臺電機的勵磁電流恒定。通過控制器端子接口實現三相主電源、勵磁電源、控制電源和輸入信號的連接，其接線如圖2所示。

圖2 一拖二控制接線圖

2.2 系統設置

2.2.1 接口設置

6RA80控制器的 IF1通訊口出廠默認為CBE20對應的PROFINET接口，在該系統的控制過程中，使用的是Profibus DP通訊方式，需要將IF1配置為DP通訊口，因此，設定參數P8839[0]=1，P8839[1]=2。

在上位機中，使用西門子USB-PROFIBUS適配器CP5711與6RA80控制器和PLC主站進行通訊，CP5711是 Profibus DP通訊卡，支持USB接口功能，使用更方便。設置上位機軟件的PG/PC接口為CP5711。

2.2.2 控制器參數設置

通過用Starter軟件對6RA80控制器進行參數設置，設置界面如圖3所示。由于控制器需要對2臺電動機進行同步控制，遞送機上下輥的輥徑同為600 mm，聯合齒輪箱的減速比同為655.8，傳動負載一致，電動機的型號相同。因此，電動機的軸系轉動慣量是一致的，可以對兩臺電動機采用同一個模型建模來對控制器進行參數設置。

圖3 一拖二控制參數設置

2.3 PLC控制

2.3.1 硬件組態

STEP7編程軟件需要對PLC模塊進行配置，即進行硬件組態，才能將PLC程序編譯成PLC可執行的代碼。對6RA80進行硬件組態時，需要安裝GSD文件SINAMICS DC MASTER V1.4，安裝完成后，設置6RA80的 DP地址并選擇PZD過程數據，PLC程序通過PZD對控制器的參數進行讀寫，組態好的界面如圖4所示。

圖4 控制系統硬件組態

2.3.2 程序的編寫

考慮到實際生產速度和設備的承受能力，需要對遞送機進行限速處理，使其在規定速度范圍內運行。生產中，習慣以m/min來表示遞送機的速度，即遞送輥運行的線速度，在程序運算過程中，需要將輸入速度單位變成mm/min。遞送輥線速度和電機轉速之間的關系為

式中：v1—遞送輥的線速度；

v2—遞送機電機的轉速；

L—遞送輥的周長；

η—聯合齒輪箱的減速比。

根據公式（1）可計算出電機的實際轉速，通過電機的最高轉速和6RA80控制器的數字量關系進行量化，可確定需要向6RA80控制器設定的數字量的大小，并將數字量保存在DB2.DBW72數據塊中，轉換程序模塊如圖5所示。

報文是通訊中數據傳輸的單位，包含了完整的數據信息，PLC主站與SINAMICS DCM 6RA80控制器以報文形式進行數據交換。SINAMICS DCM報文格式見表1。

圖5 遞送機速度轉換程序模塊

表1 SINAMICS DCM報文格式

設置P0922=20，使SINAMICS DCM報文為標準報文16-bit VIK-NAMUR，發送和接收參數自動BICO連接設置。

PLC程序通過SFC14功能塊對控制器的運行參數進行讀取，通過SFC15功能塊對控制器進行啟停控制和速度設置，遞送機運行控制程序如圖6所示。

圖6 遞送機運行程序

2.4 上位機組態

WinCC組態軟件本身提供了S7-300PLC的驅動軟件，是目前所有組態軟件中功能比較強大的一種，可以集成到所有自動化解決方案內，內置所有操作和管理功能，可簡單有效地進行組態。考慮到PLC主站為S7-300系列，因此選用同為西門子公司的WinCC作為上位機組態軟件。

在WinCC軟件中，需先建立與PLC主站連接的輸入輸出參數，建立連接的參數見表2。

表2 輸入輸出參數

在WinCCExplorer.exe中新建文件，并設置軟件中的計算機名與本地計算機名一致；添加OPC協議 與PLC主站建立通訊，在新建的OPC協議中，通過Add Item將建立的PLC輸入輸出參數添加進來，然后進入圖形組態界面進行編輯，監控界面如圖7所示。

圖7 遞送機運行監控界面

3 結 語

該系統通過一臺6RA80控制器對兩臺電動機采用同一模型建模，實現了對遞送機上下輥運行的同步控制，減少了控制系統的投入，避免了主從控制模式其中一套控制系統出現故障帶來的遞送上下輥不同步運行的問題。系統運行穩定、可靠，日常維護方便。

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Design and Application of One-to-two Control System for Delivery Machine

ZHOU Shuliang,DENG Zhiwei,GU Hailong,WEI Ting,YU Zhenning,LIAO Hong
(CNPC Bohai Equipment North China Petroleum Steel Pipe Co.,Ltd.,Qingxian 062658,Hebei,以China）

Aim at the problems of pausing plate and burning through during SAWH pipe production course,which caused by the reason that the up and down rollers of delivery machine are not synchronous,a kind of one-to-two control system was designed. This system communicates with PLC master station in Profibus DP mode,through the parameter setting of Starter software on the SINAMICS DCM 6RA80 controller and the processing of PLC program operation,the goal that one controller synchronously controls two motors of up and down rollers comes ture.The upper computer was connected to PLC master station through CP5711,and monitors the running parameters.Actual operation shows that delivery machine speed error is±0.02 m/min,meet the requirements of production process,and the operation is synchronous and stable.

SAWH pipe production unit;delivery machine;synchronization;communication;controller;upper computer

TG333.93

B

1001－3938（2015）08-0042-04

周書亮（1984—），男，大學本科，工程師，主要從事電氣設計與設備維護工作。

2015-02-06

張 歌