摘要:介紹了自行設(shè)計(jì)的PROFIBUS-DP通訊轉(zhuǎn)換接口,將其應(yīng)用于造紙傳動(dòng)控制系統(tǒng),提高了原系統(tǒng)的控制精度和通訊速率,使原有系統(tǒng)控制性能進(jìn)一步提高。
關(guān)鍵詞:造紙機(jī);接口;現(xiàn)場(chǎng)總線
Application of PROFIBUS-DP in 2350/650 Paper-machine Drive System
MENG Yah-jing ZHOU Xiao-hui X1AO Dong-jun QIN Bao—guo
(College of Electric and Elearonic Engineering,Slumnxi Univenity ofScience and
Technology。Xianyang。Shaanxi Province,712081)
Abstract:In this paper a PROFIBUS-DP communication transform interface is introduced.The control precision and communication speed of the drivesystem are improved when it is used in a paper machine drive system.It also call upgrade the control performance of original system.
Key words:paper-machine;intetrace;PROFIBUS-DP
為了在造紙機(jī)高速運(yùn)行狀態(tài)(600 m/min以上)下對(duì)紙機(jī)各傳動(dòng)點(diǎn)進(jìn)行同步控制和負(fù)荷控制,通常需要采用PROFIBUS-DP現(xiàn)場(chǎng)總線的多電機(jī)同步傳動(dòng)控制系統(tǒng),解決多電機(jī)控制的同步性以及信號(hào)通訊的實(shí)時(shí)性、快速性和高精度性。
PR0FIBUS主要用以實(shí)現(xiàn)分散式數(shù)字化控制器從現(xiàn)場(chǎng)底層到車間級(jí)的網(wǎng)絡(luò)化,它具有通信速率高、可靠性強(qiáng)、維護(hù)方便及總線協(xié)議開(kāi)放等突出優(yōu)點(diǎn)[1]。開(kāi)發(fā)PROFIBUS通訊轉(zhuǎn)換接口,使現(xiàn)場(chǎng)底層的分散式數(shù)字化控制器能接到PROFIBUS-DP總線網(wǎng)絡(luò)中就顯得尤勾重要。本文對(duì)自行研究設(shè)計(jì)的PROFIBUS-DP轉(zhuǎn)換接口在2350/650紙機(jī)傳動(dòng)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用作一介紹。
1 紙機(jī)控制系統(tǒng)
以2350/650造紙機(jī)傳動(dòng)控制系統(tǒng)為例,該系統(tǒng)采用PC機(jī)作為上位機(jī),西門(mén)子400PLC作為中心控制器,并由ABB公司的ACS400變頻器通過(guò)PROFIBUS.DIP通訊轉(zhuǎn)換接口與PLC構(gòu)成PROFIBUS.DP控制系統(tǒng)同時(shí)驅(qū)動(dòng)負(fù)載,如圖1所示。
2 PROFIBUS-DP總線通訊轉(zhuǎn)換接口
從圖2中可以看出,PLC通過(guò)PROFIBUS-DP總線與變頻器進(jìn)行通訊的過(guò)程中,PR0FIBUS-DP通訊轉(zhuǎn)換接口是信號(hào)通訊的關(guān)鍵部分。在本設(shè)計(jì)的通訊接口中使用的是PR0FIBuS通信專用ASIC結(jié)合單片機(jī)。其中PROFIBUS通信專用ASIC選用的是西門(mén)子公司的SPC3,系統(tǒng)的控制核心選用Intel公司的MCS.51系列單片機(jī)中的80C31。
PROFIBUS-DP接口主要由處理器接口和串行總線接口組成。在處理器接口電路中,80C31通過(guò)Po口和P2口擴(kuò)展外部存儲(chǔ)器,將SPC3內(nèi)部的雙口RAM作為自己的外部RAM,通過(guò)對(duì)雙口RA M的讀寫(xiě)來(lái)完成對(duì)SPC3的初始化和有關(guān)數(shù)據(jù)的交換。SPC3芯片通過(guò)請(qǐng)求發(fā)送信號(hào)(RTS),發(fā)送數(shù)據(jù)信號(hào)(TXD),接收數(shù)據(jù)信號(hào)(RXD),通過(guò)高速光耦HCPL7720和總線收發(fā)器SN75ALS176相連,構(gòu)成串行總線接口。
PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)接口在物理上與RS485網(wǎng)絡(luò)接口相近,從圖3可以看出,PR0FIBUS-DP總線驅(qū)動(dòng)一側(cè)和主站連接;另一側(cè)通過(guò)光耦與SPC3連接。采用光耦主要是為了消除來(lái)自零線上的干擾。在本設(shè)計(jì)中選用了SN75ALS176總線驅(qū)動(dòng)芯片和HCPL772O光耦。HCPL7720光耦是一種比較特殊的光耦,為雙電源供電,速度最高達(dá)25Mb/s。另外, 在本設(shè)計(jì)中PR0FIBUs-DP總線電纜采用的是A類型的屏蔽雙絞線,有助于改善電磁兼容性,其特征阻抗為130~165Q,截面積>0.34 mm[2]。
PROFIBUS-DP的ASIC芯片SPC3集成了PROFI.BUS-DP協(xié)議,因此8OC31不用參與處理PR0FIBUS.DP協(xié)議。80C31的主要任務(wù)是對(duì)SPC3進(jìn)行合理的配置、初始化及對(duì)各種報(bào)文的處理。圖3為其主程序流程圖。
[b]3 基于PROFIBUS-DP總線的控制系統(tǒng)的工作過(guò)程
3.1 系統(tǒng)的控制過(guò)程[/b]
從圖1可以看出,系統(tǒng)由PC機(jī)發(fā)送控制信息、設(shè)定運(yùn)行參數(shù)以及讀取運(yùn)行狀態(tài)的作用;數(shù)字測(cè)速部件采用高分辨率的旋轉(zhuǎn)編碼器(PG),由PG分別測(cè)量造紙傳動(dòng)中各單元的實(shí)際速度,送入變頻器,再通過(guò)自行開(kāi)發(fā)的轉(zhuǎn)換接口將此信號(hào)傳輸給PLC;PLC通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議讀取變頻器寄存器中的運(yùn)行頻率與速度計(jì)算值,然后與設(shè)定運(yùn)行參數(shù)綜合,按既定的同步控制策略進(jìn)行運(yùn)算和控制,得到各單元電機(jī)的整定運(yùn)行速度設(shè)定值,通過(guò)PROFIBUS.DP寫(xiě)入變頻器執(zhí)行[3-4]。
由于PLC直接通過(guò)數(shù)字通訊模式,按照一定采樣周期進(jìn)行信息的輸入、處理和輸出,簡(jiǎn)化了系統(tǒng)外圍模塊,縮短了控制周期,同時(shí)提高了在線監(jiān)測(cè)、運(yùn)算和驅(qū)動(dòng)能力,控制精度和工作可靠性也進(jìn)一步提高[3]。另外,可以通過(guò)通信接口將變頻器相關(guān)參數(shù)反饋到PLC,并由PC機(jī)實(shí)時(shí)監(jiān)控,并可根據(jù)實(shí)際情況做出相關(guān)的判斷和調(diào)整,使操作更加簡(jiǎn)單、直觀。系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)的設(shè)定也可以通過(guò)遠(yuǎn)程通信實(shí)現(xiàn),低操作故障,減少勞動(dòng)力的投入。
[b]3.2 通訊接口與變頻器之問(wèn)數(shù)據(jù)通訊
3.2.1 變頻器參數(shù)設(shè)置[/b][5]
在通信接15與變頻器進(jìn)行通信時(shí),通信接15的參數(shù)應(yīng)與變頻器的參數(shù)設(shè)置相對(duì)應(yīng)。主要設(shè)置的參數(shù)有站地址、通信速率、校驗(yàn)等,變頻器的參數(shù)設(shè)置見(jiàn)表1。
3.2.2 通信接口與變頻器之間的數(shù)據(jù)交換
通信接口與變頻器之間的數(shù)據(jù)交換是根據(jù)PROFIBUS-DP主站傳送的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度確定對(duì)變頻器進(jìn)行讀、寫(xiě)操作的具體內(nèi)容。這里選擇8字節(jié)的輸入及輸出來(lái)說(shuō)明讀寫(xiě)操作的具體內(nèi)容。讀操作:當(dāng)系統(tǒng)為8字節(jié)輸出時(shí),通信接口需要讀取變頻器的狀態(tài)字、運(yùn)行頻率、計(jì)算車速、計(jì)算轉(zhuǎn)矩。寫(xiě)操作:當(dāng)系統(tǒng)為8字節(jié)輸入時(shí),通信接口需要給變頻器發(fā)送控制字、外部給定1、外部給定2。詳細(xì)內(nèi)容如表2所示。
4 應(yīng)用效果
(1)系統(tǒng)的通訊速率可達(dá)到1.5Mb/s,大大超過(guò)以前應(yīng)用RS485總線的9.6kb/s,保證了各傳動(dòng)點(diǎn)實(shí)時(shí)同步。
(2)系統(tǒng)的控制精度達(dá)到0.1%,動(dòng)態(tài)精度(最大擾動(dòng)偏差)為5%,負(fù)荷分配控制精度可維持在5%以內(nèi)。
?。?)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)小于0.02s,能夠及時(shí)進(jìn)行紙機(jī)運(yùn)行信息的交換和共享,確保了紙機(jī)高速穩(wěn)定運(yùn)行,減少了紙幅斷頭。
(4)系統(tǒng)采用PROFIBUS.DP控制技術(shù),全部的控制功能是由現(xiàn)場(chǎng)總線通訊完成,省去了成千上萬(wàn)個(gè)線路節(jié)點(diǎn),提高了系統(tǒng)的可靠性,節(jié)約了控制電纜,降低了系統(tǒng)成本。
5 結(jié)語(yǔ)
在這套控制系統(tǒng)中PROFIBUS-DP將所有的站點(diǎn)連接到一起,系統(tǒng)信息都是通過(guò)它進(jìn)行傳遞。利用PROFIBUS-DP完成系統(tǒng)各設(shè)備間的通訊,形成網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),提高系統(tǒng)的智能化程度,實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制功能。在實(shí)際中,用它對(duì)造紙機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行改造,完成了預(yù)期的通信和控制功能,大大提高了生產(chǎn)效率,取得了滿意的效果。
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