西門子S120單軸控制器在整體式皮帶秤上的應(yīng)用

魏建建

摘 要：Sinamics S120是西門子公司推出的全新驅(qū)動控制系統(tǒng)，它可以用來控制多種類型的電動機(jī)，其調(diào)速功能精確可靠，強(qiáng)大的定位功能還可以實(shí)現(xiàn)進(jìn)給軸的絕對、相對定位。我們將西門子S120單軸控制器應(yīng)用于無紡布設(shè)備的整體式皮帶秤部分，提高了物料輸送皮帶調(diào)速的精確性及可靠性。本文介紹了該控制功能實(shí)現(xiàn)的具體方案，詳細(xì)說明了整個電氣硬件的配置、伺服電機(jī)的調(diào)試及控制程序的編寫等。

關(guān)鍵詞：西門子S120單軸控制器；皮帶秤；無紡布設(shè)備

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.11.222

0 前言

伺服驅(qū)動器在發(fā)展了變頻技術(shù)的前提下，在驅(qū)動器內(nèi)部的電流環(huán)，速度環(huán)和位置環(huán)都進(jìn)行了比一般變頻更精確的控制技術(shù)和算法運(yùn)算，在功能上也比傳統(tǒng)的變頻控制強(qiáng)大很多，將電壓信號轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速以驅(qū)動控制對象，實(shí)現(xiàn)了位置，速度和力矩的閉環(huán)控制，能夠快速響應(yīng)指令，加減速更快捷更高效，主要的一點(diǎn)就是可以對位置進(jìn)行精確控制。目前伺服控制功能已經(jīng)在各類流水線設(shè)備上廣泛應(yīng)用，可以使控制系統(tǒng)相較于之前的變頻控制在性能達(dá)到一個全新的水平，包括更精確的調(diào)速及定位、更高的生產(chǎn)率、更好的可靠性和更長的壽命。本文以西門子S120單軸控制器應(yīng)用于無紡布流水生產(chǎn)線皮整體式帶秤部分為例，對其具體的實(shí)現(xiàn)過程進(jìn)行闡述。

1 SINAMICS S120控制系統(tǒng)簡介

SINAMICS S120是西門子公司推出的全新的集V/F、矢量控制及伺服控制于一體的驅(qū)動控制系統(tǒng)，它不僅能控制普通的三相異步電動機(jī)，還能控制同步電機(jī)、扭矩電機(jī)及直線電機(jī)。SINAMICS S120具有模塊化設(shè)計(jì)，可以提供高性能的單軸和雙軸驅(qū)動，功率范圍涵蓋0.12 kW–4500kW，具有廣泛的工業(yè)應(yīng)用價(jià)值。由于其具有很高的靈活性能，SINAMICS S120可以完美的滿足應(yīng)用中日益增長的對驅(qū)動系統(tǒng)軸數(shù)量和性能的要求。這里我們在整體式皮帶秤上應(yīng)用的S120單軸控制器就利用了其精確可靠的調(diào)速功能，以及強(qiáng)大的定位功能。

2 整體式皮帶秤的電氣配置及控制原理

整體式皮帶稱電氣控制系統(tǒng)采用西門子CU310-2PN單軸控制器、S7-1200可編程序控制器和KTP700PN觸摸屏來控制。西門子CU310-2PN為單軸控制單元，配置在功率模塊上提供通訊和開環(huán)/閉環(huán)控制功能。S7-1200可編程序控制器由1個1215C模塊，自帶14個數(shù)字量輸入、10個數(shù)字量輸出、2路模擬量輸入、2路模擬量輸出組成。KTP700PN觸摸屏作為西門子新一代精簡面板，是帶PROFINET通訊的7寸觸摸加按鍵類型的觸摸屏。為了提高克重標(biāo)定的精度，我們采用杰曼GM系列稱重儀表配合稱重傳感器來檢測標(biāo)定稱重桿上的物料重量。

3 整體式皮帶秤電氣控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)過程

3.1 控制程序的編寫調(diào)試

整體式皮帶秤的啟動、停止由下級梳理設(shè)備給予的進(jìn)料啟動信號控制，下級梳理設(shè)備進(jìn)料啟動信號到達(dá)后，皮帶秤及其自調(diào)勻整功能才能啟動。皮帶秤先通過配置好稱重傳感器的稱重儀表進(jìn)行產(chǎn)量標(biāo)定，根據(jù)現(xiàn)場生產(chǎn)的克重要求，對設(shè)定克重與實(shí)際克重進(jìn)行比較，經(jīng)由PLC可編程控制器內(nèi)的算法來調(diào)整進(jìn)入喂料點(diǎn)的速度。在設(shè)定克重不變的情況下，皮帶秤稱重稈上原料重量變輕時(shí)，到喂入點(diǎn)時(shí)速度加快；調(diào)速比增大時(shí)，到喂入點(diǎn)速度加快的幅度加大；重量變重、調(diào)速比減小時(shí)，則反之。我們基于以上控制流程編寫PLC程序，通過西門子博圖V13軟件建立設(shè)備組態(tài)，組態(tài)PRIFINET通訊成功以后就可以進(jìn)行相關(guān)PLC程序的調(diào)試。

西門子S-1200PLC與CU310-2PN單元之間通過PROFINET IO可進(jìn)行周期性及非周期性數(shù)據(jù)通訊，使用S7功能塊DPWR_DAT和DPRD_DAT，S7-1200PLC通過PROFINET周期性通訊方式可將控制字和主設(shè)定值發(fā)送至驅(qū)動器，并從驅(qū)動器讀取狀態(tài)字和實(shí)際值。

3.2 基于西門子S120控制器的伺服調(diào)試

PLC控制程序調(diào)試完畢后，我們需要對伺服電機(jī)進(jìn)行調(diào)試，這里我們使用西門子SCOUT4.5軟件對S120伺服控制器進(jìn)行調(diào)試。CU310-2PN驅(qū)動器使用PROFINET通訊方式，連接網(wǎng)線通訊正常以后，即可打開SCOUT4.5軟件配置好通訊參數(shù)，然后通過軟件側(cè)“Automatic Configuration”功能自動組態(tài)讀取驅(qū)動裝置。驅(qū)動裝置讀取完畢后就可以設(shè)置電機(jī)參數(shù)。

由于該皮帶秤設(shè)備使用是第三方電機(jī)（非西門子電機(jī)）及編碼器，所以需要手動配置電機(jī)及編碼器的基本參數(shù)，還需要對進(jìn)行電機(jī)初始相位角進(jìn)行識別。電機(jī)初始相位角識別成功后，打開軟件側(cè)“Control Panel”控制面板給電機(jī)施加使能，寫入速度即可旋轉(zhuǎn)。為了提高電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的精確性、可靠性，加快響應(yīng)的同時(shí)減小電機(jī)抖動、克服電機(jī)嘯鳴，可以通過軟件側(cè)提供的“Trace”功能觀察電機(jī)運(yùn)動曲線來對電流環(huán)、速度環(huán)等系數(shù)進(jìn)行手動調(diào)整。另外稍高版本的S120還提供了自動優(yōu)化功能，在軟件側(cè)選擇“Automatic controller setting”功能選項(xiàng)，通過自動優(yōu)化功能可以自動識別電流環(huán)，正負(fù)向負(fù)載測量，自動設(shè)置速度環(huán)參數(shù)等。系統(tǒng)在自動優(yōu)化后，可以滿足一般伺服控制場合的動態(tài)要求。

通過上述操作，完成對皮帶秤伺服電機(jī)的調(diào)試工作。

4 結(jié)束語

目前，伺服控制已經(jīng)在各類流水線生產(chǎn)設(shè)備上廣泛應(yīng)用，使設(shè)備的控制系統(tǒng)提高了一個層次，更加可靠高效，擴(kuò)展性、開放性也更好。我們將西門子S120單軸控制器應(yīng)用于無紡布設(shè)備的整體式皮帶秤部分，提高了物料輸送皮帶調(diào)速的精確性及可靠性。相較于之前采用的變頻控制，該皮帶秤設(shè)備輸送物料的實(shí)際克重與設(shè)定值更加吻合，提高了設(shè)備的生產(chǎn)率、穩(wěn)定性，可靠性也得到了加強(qiáng)。

參考文獻(xiàn)：

[1]STEP7 Professional V13.0系統(tǒng)手冊[S].西門子自動化.

[2]S120參數(shù)手冊（ S120 list manual）[S].西門子自動化.

[3]S120調(diào)試手冊（ SINAMICS S120 commissioning manual）[S].西門子自動化.