摘 要：文章介紹了PLC通過Profibus-DP總線控制直流電機的應用系統(tǒng)，選擇S7-300 CPU 315-2DP作為控制核心，西門子工控機PC847B作為人機交互設(shè)備，6RA70系列直流驅(qū)動器為執(zhí)行設(shè)備，提高了系統(tǒng)的技術(shù)先進性，可靠性和檢測精度。

關(guān)鍵詞：S7-300;6RA70;Profibus-DP;直流調(diào)速;傳動裝置檢測系統(tǒng);

Abstract: The paper introduces the DC motor speed control system controlled by PLC through Profibus-DP bus. The system uses the S7-300 CPU 315-2DP as the core, Siemens Industrial Computer equipment PC847B as a human-computer interaction, 6RA70 series DC drives as the implement equipment, to improve the advanced technology, reliability and accuracy of the speed control system.

Key words: S7-300; 6RA70; Profibus-DP; DC converter; gear detection system;

1 引言

隨著新型電力電子器件的不斷問世，對直流電機的控制系統(tǒng)也由原來的晶閘管、接觸器、繼電器等器件，逐漸過渡到集成度和控制性能更高的系統(tǒng)，通過對某廠WZ121系統(tǒng)進行了改造，用全數(shù)字直流調(diào)速裝置來代替模擬直流電源，實現(xiàn)了此類系統(tǒng)的全數(shù)字控制和高可靠性。整個系統(tǒng)采用“PLC + 6RA70 + 真空換向柜 + PC847B ”的結(jié)構(gòu)，如圖1所示。

圖1 傳動裝置負荷試驗系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡圖

2 系統(tǒng)組成

2.1 系統(tǒng)硬件組成

上位機由于要完成較為復雜的數(shù)據(jù)查詢和報表打印等功能，使用了西門子的PC847B工控機，該工控機使用CP5611網(wǎng)卡連接到Profibus-DP網(wǎng)絡，組態(tài)軟件使用了WinCC V6.2，使其能夠方便地實現(xiàn)現(xiàn)場工藝參數(shù)的輸入、輸出及實時監(jiān)控，對現(xiàn)場工藝進行有效的管理。PLC使用西門子的CPU315-2DP，該PLC有PORT0和PORT1兩個通信口，PORT0為Profibus總線通信口，波特率選為500kb/s;PORT1為MPI口，即與工控機還使用的通信口，采用RS-485通信，波特率選為19.2kb/s。此外，還使用了兩臺6RA70系列直流調(diào)速裝置。通信部分采用Profibus-DP進行網(wǎng)絡通信，可編程控制器CPU315-2DP作為一級主站，工控機和直流調(diào)速裝置都作為DP從站來完成與主站的數(shù)據(jù)交換。整個系統(tǒng)，工控機作為人機交互終端，Profibus-DP總線作為數(shù)據(jù)傳輸通道，CPU315-2DP作為控制中樞，協(xié)調(diào)指揮系統(tǒng)各構(gòu)成環(huán)節(jié)可靠地運行。

2.2 6RA70硬件配置

系統(tǒng)采用兩套6RA70給兩臺直流電機提供勵磁電流的方式來模擬傳動裝置的載荷，6RA70作為一個受PLC控制的可調(diào)直流電源。6RA70的輸入輸出端子可以自由定義和使用，在本應用中，對控制端子X174的設(shè)置為：2、3、4，模擬量輸入。X171的設(shè)置為：x171- 36，電壓極性;x171- 37，啟停;x171- 38，使能;x171- 46、47，故障;x171- 48、54，運行。

6RA70的電樞電源接1U1、1V1、1W1接380VAC，電子板電源5U1、5V1接380VAC。其他的控制端子，如X172、X173未用。從系統(tǒng)的數(shù)據(jù)吞吐能力及保護協(xié)議可靠性出發(fā)，通過安裝ADB板、LBA板、CBP2板，使直流調(diào)速器構(gòu)成一個Profibus從站。硬件連線如圖2所示【1】。

圖2 6RA70硬件連線圖

3 參數(shù)設(shè)置

（1） 直流調(diào)速裝置參數(shù)設(shè)置。在硬件連接完畢后，首先要根據(jù)所要控制的電機的參數(shù)和要求的輸出電流，對6RA70進行參數(shù)的設(shè)定【2】，在本系統(tǒng)中6RA70的主要參數(shù)設(shè)置為：P100 = 90.00，P101 = 478.00，P102 = 1，P083 = 4，P084 = 2，P169 = 0，P170 = 0，P171 = 100，P172 = 0，P601 = 10，P609 = 10。

通信板CBP2插入直流調(diào)速裝置電控箱的槽2中，為使CBP2能正常工作，需對直流調(diào)速器以下參數(shù)進行設(shè)置：PPO類型、報文監(jiān)控時間、CBP2的Profibus站點地址、CBP2的參數(shù)使能狀態(tài)。加以參數(shù)優(yōu)化才能實現(xiàn)與SIMANTIC S7-300的通信。本系統(tǒng)中的參數(shù)為：P644 = K3002，P648 = K3001，U734等。參數(shù)設(shè)置的流程如圖3所示【1】。

圖3 6RA70參數(shù)配置流程圖

完成直流調(diào)速裝置電動機的基本參數(shù)和在Profibus-DP總線中的參數(shù)設(shè)定后[3]，直流調(diào)速器要進行最優(yōu)化運行，還應完成以下參數(shù)設(shè)置：為了達到6RA70與電動機之間的精密匹配，6RA70額定直流電流（電樞和勵磁）的數(shù)值分別賦給參數(shù)P076.i001（電樞），P076.i002（勵磁）;P051=25（電樞和勵磁的預控制和電流調(diào)節(jié)器的優(yōu)化運行，最優(yōu)化運行后，自動設(shè)置P110，P111，P112，P115，P156，P255，P256，P826）;P601.i001=K0015（電樞電流調(diào)節(jié)器給定的源為K0015）。

（2）PLC參數(shù)設(shè)置。CPU315-2DP系統(tǒng)本身具有Profibus-DP接口，無需另外的通信接口單元。在編程軟件STEP7中完成硬件網(wǎng)絡組態(tài)，為直流調(diào)速裝置分配網(wǎng)絡地址，該地址必須與直流調(diào)速裝置CBP2板中設(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，向直流調(diào)速裝置的CBP2模塊接收和發(fā)送過程數(shù)據(jù)（見圖4）【2】。

圖4 PLC與6RA70之間的通信

4 編程

在Step7 中對調(diào)速器進行硬件組態(tài)，選擇CBP2板的PPO類型為PPO4即PKW 0個字及PZD 6個字。通過以上設(shè)定，即可用程序?qū)崿F(xiàn)對調(diào)速器的遠程控制。圖5為接收和發(fā)送數(shù)據(jù)的程序框圖。

圖5 數(shù)據(jù)收發(fā)程序框圖

根據(jù)圖5框圖，其部分程序如下【2】：

CALL “motor_SR”,DB28 // 調(diào)速器功能（Speed Regulator）

s_start: = “motor啟停M位” //調(diào)速器啟停標志位

fault: = “motor故障” //調(diào)速器外部輸入故障點

1_start: = “ motor啟停M位” //連鎖啟動位

u_stop: = “緊急停車標志位” //系統(tǒng)急停輸入位

fault_AK: = M14.6

addresl_IW: = W#16#100 //接收參數(shù)地址（PZD，PZD2），（PKE，IND）

speed_IW: = “motor速度給定” //速度給定

addresl_QW: = “W#16#100” //發(fā)送參數(shù)地址（PZD，PZD2）

speed_MAX: = 400 //最大速度

SRI_MAX: = 540 //最大電流

Speed_QW: = DB20.DBW100 //調(diào)速器速度實際值輸出

I_QW: = DB20.DBW110 //電流實際輸出值

sr_Run: = M208.2 //調(diào)速器運行信號輸出

sr_fault: = “調(diào)速器故障” //調(diào)速器故障

A M 208.2

FP M16.2 　　= “motor啟動繼電器”

AN M 208.2

FP M 16.3 　　= “motor啟動繼電器”

5 系統(tǒng)調(diào)試及運行

系統(tǒng)調(diào)試包括硬件、軟件、模擬調(diào)試和現(xiàn)場運行。模擬調(diào)試是檢查硬件和軟件的整體性能，為現(xiàn)場運行做準備。在進行系統(tǒng)調(diào)試時要遵守：先進行單機調(diào)試，再進行聯(lián)機調(diào)試;先空載試驗，再帶載調(diào)試。調(diào)試過程中，許多故障是由于直流調(diào)速裝置和PLC的參數(shù)設(shè)置不當造成的，因此，正確設(shè)置參數(shù)是保證系統(tǒng)正常運行的前提。

6 結(jié)束語

本文通過實際的改造項目，實現(xiàn)了上位機、Siemens S7-300 PLC和6RA70直流調(diào)速裝置的Profibus-DP通信。經(jīng)現(xiàn)場調(diào)試及運行表明，此方法是控制直流電機的較為可靠、方便而且經(jīng)濟的方法，系統(tǒng)設(shè)計具有普遍性，可為實際工程所廣泛借鑒。

參考文獻：

【1】 SIMOREG DC Master，6RA70系列全數(shù)字直流調(diào)速裝置使用說明書[Z].. 北京：西門子電氣傳動有限公司（SEDL），2006.

【2】 Siemens. S7-300可編程控制器手冊[Z].

【3】 Siemens. Profibus Specification[Z].2004.

【4】 馬洪飛，李久勝.電氣自動化專業(yè)英語[M].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學出版社，2005.