基于PROFINET網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的長距離管帶機(jī)電控系統(tǒng)

段能

摘要：本文介紹了由ABB?ACS880系列變頻柜、S7-1500?PLC主站、觸摸屏、OLM光纖鏈路模塊組成的主從式、多電機(jī)驅(qū)動的管帶機(jī)電控系統(tǒng);對管帶機(jī)的工藝進(jìn)行了分析，提出基于PROFINET現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)控制的設(shè)計(jì)思想，并對管帶機(jī)電氣工藝、軟硬件的選取、PROFINET現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)進(jìn)行了闡述。

關(guān)鍵詞：管帶機(jī);PLC;變頻器DTC主從宏;PROFINET網(wǎng)絡(luò)

中圖分類號：TH222;TP273?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A?文章編號：1672-9129（2020）05-0073-02

Abstract：This?paper?introduces?the?master-slave?and?multi-motor?driven?pipe?belt?electromechanical?control?system，which?is?composed?of?ABB?ACS880?series?frequency?conversion?cabinet，S7-1500?PLC?master?station，touch?screen?and?OLM?fiber?link?module.?This?paper?analyzes?the?technology?of?the?pipe?belt?machine，puts?forward?the?design?idea?based?on?PROFINET?field?network?control，and?expounds?the?mechanical?and?electrical?technology?of?pipe?belt，the?selection?of?software?and?hardware，and?the?design?of?PROFINET?field?network.

Key?words：tube?and?tape?machine;PLC;Inverter?DTC?master?slave?macro;PROFINET?network

1?引言

管帶機(jī)是近年發(fā)展起來的一種新型連續(xù)輸送散狀物料機(jī)械，它克服了很多帶式輸送機(jī)很多缺陷和局限性;適用于需要封閉輸送、環(huán)保要求高、環(huán)境復(fù)雜的工藝。將會發(fā)展為一種理想而節(jié)能的輸送設(shè)備。廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)。

2?管帶機(jī)工藝介紹

典型的長距離管帶機(jī)的簡單工藝圖見圖1，主要由以下幾個(gè)部分組成：機(jī)械（膠帶、滾筒、減速機(jī)、托輥、桁架、驅(qū)動電機(jī)、制動裝置、檢修走道）、液壓張緊裝置（一般有液壓、重錘兩種）、電氣（配電系統(tǒng)、驅(qū)動變頻器、檢測和保護(hù)裝置、電氣控制、照明和檢修）等。對于散物料管帶機(jī)輸送系統(tǒng)，還有配套的給料機(jī)、溜槽、料庫等。

正常啟動過程：電控系統(tǒng)收到管帶機(jī)啟動指令后，管帶機(jī)張緊裝置開始工作，當(dāng)輸送帶的張力達(dá)到預(yù)張力時(shí)，發(fā)出指令允許管帶機(jī)運(yùn)行，這時(shí)頭部2臺變頻器加載驅(qū)動頭部2臺電機(jī)，一定時(shí)間后當(dāng)上部輸送帶的張力到達(dá)一定值，尾部2臺變頻器開始加載驅(qū)動尾部2臺電機(jī)，4臺電機(jī)開始同時(shí)運(yùn)行并加速到最大速度，然后勻速運(yùn)行，需要停止時(shí)，加載停止指令就可，這時(shí)，變頻器關(guān)閉輸出，電機(jī)、滾筒、輸送帶自由停車。

3?系統(tǒng)配置和構(gòu)架

3.1構(gòu)架。PROFINET由PROFIBUS國際組織（PROFIBUS?International，PI）推出，是新一代基于工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)的總線標(biāo)準(zhǔn)。PROFINET為自動化通信領(lǐng)域提供了一個(gè)完整的網(wǎng)絡(luò)解決方案。

控制系統(tǒng)構(gòu)架如圖2所示，頭部控制室和尾部控制室通過OLM光纖鏈路模塊進(jìn)行聯(lián)絡(luò);通過CPU模塊上的PROFINET以太網(wǎng)通訊口可與上位機(jī)進(jìn)行通訊，滿足“集中監(jiān)控”的需要;PROFINET作為一級現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)，與PLC組成一個(gè)現(xiàn)場級控制網(wǎng)絡(luò)，充分發(fā)揮PROFINET網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢，減少成束電纜的布線量;4臺驅(qū)動變頻器作為PROFINET網(wǎng)絡(luò)的下掛從站，通過PROFINET網(wǎng)絡(luò)，PLC可與變頻器進(jìn)行通信并對其進(jìn)行控制。其次，2個(gè)觸摸屏作也為CPU的從站掛在PROFINET網(wǎng)絡(luò)上，通過HMI（人機(jī)界面）可對整個(gè)控制系統(tǒng)進(jìn)行參數(shù)設(shè)置、實(shí)時(shí)監(jiān)控。系統(tǒng)進(jìn)行參數(shù)設(shè)置、實(shí)時(shí)監(jiān)控。

頭部電機(jī)采用2臺ACS880系列變頻柜驅(qū)動器，采用主、從控制方式（為轉(zhuǎn)矩控制DTC模式）;主驅(qū)動器和從驅(qū)動器之間采用光纖通訊，來自外部所有控制通訊主令只加給主驅(qū)動器;主驅(qū)動器接到外部主令后，其從驅(qū)動器馬上做出與主驅(qū)動器同樣的響應(yīng)，啟動形式、加速度、速度、輸出力矩等實(shí)時(shí)跟隨;同樣尾部電機(jī)的驅(qū)動原理和方式也一樣。

主、從驅(qū)動方式實(shí)現(xiàn)了對多臺電機(jī)的運(yùn)行速度、輸出功率和轉(zhuǎn)矩的大致均等分配;DTC直接轉(zhuǎn)矩控制使驅(qū)動器實(shí)現(xiàn)了對電機(jī)精確度高的轉(zhuǎn)矩控制。另外，主、從驅(qū)動器之間采用通訊光纖，系統(tǒng)可靠性能好，運(yùn)行穩(wěn)定;物理現(xiàn)象表現(xiàn)為：設(shè)備運(yùn)行、平穩(wěn)、噪音小。

3.2系統(tǒng)硬件配置。PLC采用西門子公司的S7-1500系列產(chǎn)品。①PLC主站由：電源模塊（6ES7?507-0RA00-0AB0）、CPU（6ES7?515-2AM01-0AB0）、若干DI/DO/AI（6ES7?521-1BH10-0AA0、6ES7?522-1BH10-0AA0、6ES7?531-7KF00-0AB0）模塊組成。②PLC從站由：電源模塊（6ES7?507-0RA00-0AB0）、CPU（6ES7?511-4AK01-0AB0）、若干DI/DO/AI（6ES7?521-1BH10-0AA0、6ES7?522-1BH10-0AA0、6ES7?531-7KF00-0AB0）模塊組成。③控制室西門子觸摸屏（6AV2?124-0QC02-0AX1）。④變頻器均為ABB公司產(chǎn)品，型號為：ACS880-07-0721-7+K454+L503+L509。

4?系統(tǒng)構(gòu)建及應(yīng)用程序編制

4.1系統(tǒng)構(gòu)建。PROFINET網(wǎng)絡(luò)是構(gòu)建整個(gè)控制系統(tǒng)的基礎(chǔ);PLC采用下列基于Windows?XP/Win7/Win8操作平臺的：用于應(yīng)用程序的編輯、調(diào)試、仿真博圖V15.2編程軟件。所有現(xiàn)場生產(chǎn)設(shè)備的速度給定、控制命令、狀態(tài)反饋、運(yùn)行數(shù)據(jù)（如電流、速度實(shí)際值）、故障信息等均通過PROFINET網(wǎng)絡(luò)送至PLC，同時(shí)PLC對現(xiàn)場生產(chǎn)設(shè)備的控制也通過PROFINET網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)，其構(gòu)建步驟如下：

（1）因地制宜、規(guī)劃，合理布置。

（2）?PROFINET網(wǎng)絡(luò)電纜（6XV?1840-2AH10）、光纖鏈路模塊（6GK1-100-3AC00）等將PROFINET網(wǎng)絡(luò)上各節(jié)點(diǎn)連接到相應(yīng)的網(wǎng)段上。

（3）在編程終端上安裝好編輯、調(diào)試、仿真博圖V15.2編程軟件;同時(shí)在博圖V15.2編程軟件的硬件組態(tài)界面中添加：ABB?ACS880變頻器的GSD文件。

（4）運(yùn)行博圖V15.2編程軟件，創(chuàng)建項(xiàng)目文件，首先進(jìn)行硬件組態(tài);首先配置本地機(jī)架，在硬件組態(tài)界面首先添加安裝導(dǎo)軌，然后添加：電源模塊（6ES7?507-0RA00-0AB0）、CPU（6ES7?515-2AM01-0AB0）、若干DI/DO/AI（6ES7?521-1BH10-0AA0、6ES7?522-1BH10-0AA0、6ES7?531-7KF00-0AB0）等;設(shè)置好Ether?Net通訊參數(shù)，方便與上位機(jī)進(jìn)行通訊;CPU作為PROFINET的主站，設(shè)置好主站的相關(guān)參數(shù)：IP地址、通訊傳送速率等。

同類似的方法組態(tài)PLC從站和觸摸屏，電源模塊（6ES7?507-0RA00-0AB0）、CPU（6ES7?511-4AK01-0AB0）、若干DI/DO/AI（6ES7?521-1BH10-0AA0、6ES7?522-1BH10-0AA0、6ES7?531-7KF00-0AB0）模塊組成;設(shè)置從主站的相關(guān)參數(shù)。

組態(tài)ABB?ACS880變頻器從站，由于添加了ABB?ACS80變頻器的GSD文件，在博圖V15.2軟件的硬件組態(tài)界面中找到相應(yīng)的硬件配置，設(shè)置好相應(yīng)的通訊配置。

（5）將編程終端，運(yùn)行博圖V15.2軟件，進(jìn)行PROFINET網(wǎng)絡(luò)組太，將編制好的程序下載到CPU，并保存好配置文件。

4.2應(yīng)用程序編制。運(yùn)行博圖V15.2軟件，打開其用戶編程界面;即可利用博圖V15.2軟件提供的邏輯梯形圖、結(jié)構(gòu)文件等編制應(yīng)用程序。

控制系統(tǒng)要編制的程序主要有：系統(tǒng)初始化主程序、上位機(jī)通訊子程序、故障子程序、張緊機(jī)構(gòu)子程序、就地控制程序、聯(lián)動控制程序、遠(yuǎn)程控制子程序、頭部驅(qū)動子程序、尾部驅(qū)動子程序等。

應(yīng)用程序編制完畢，運(yùn)行仿真軟件，測試應(yīng)用程序，驗(yàn)證電氣控制系統(tǒng)。合格后將應(yīng)用程序下載到PLC控制器中，然后在現(xiàn)場實(shí)際驗(yàn)證、修改應(yīng)用程序，電控系統(tǒng)調(diào)試正常后方可投入生產(chǎn)。

（1）就地控制：就地控制模式下，通過管帶機(jī)頭、尾部就地操作箱上的按鈕、轉(zhuǎn)化開關(guān)，控制管帶機(jī)的低速啟、停控制;需要高速時(shí)，操作箱上的“低/高按鈕”就可，主要用于調(diào)試、維修、調(diào)帶等場合。

（2）聯(lián)動控制：聯(lián)動控制模式下，通過管帶機(jī)頭、尾部電氣房控制柜上的HMI（人機(jī)界面）或按鈕和轉(zhuǎn)化開關(guān)，控制管帶機(jī)的高速啟、停控制;該控制方式和上游皮帶有連鎖和順序控制的關(guān)系，可獨(dú)立完成輸送料作業(yè)。

（3）遠(yuǎn)程控制：遠(yuǎn)程控制模式下，由整個(gè)輸送系統(tǒng)由上位機(jī)控制管帶機(jī)的高速啟、停;監(jiān)控各種運(yùn)行數(shù)據(jù)并進(jìn)行記錄、保存。

5?小結(jié)

PROFINET網(wǎng)絡(luò)是一種性價(jià)比、使用廣泛的工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò);是分布式IO控制系統(tǒng)的理想解決方案。相比而言，PROFINET網(wǎng)絡(luò)式具有突出的高速、高效、快捷、靈活性。

實(shí)際應(yīng)用表明：該控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)合理、性能可靠、運(yùn)行穩(wěn)定、操作維護(hù)方便、智能化程度高。

參考文獻(xiàn)：

[1]現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及其應(yīng)用.甘永梅等編著，機(jī)械工業(yè)出版社.

[2]ABB?ACS880標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用程序固件手冊補(bǔ)充說明，主/從機(jī)應(yīng)用指南.

[3]ABB?PROFINET適配器模塊用戶手冊.