1、基于SIEMENSPLC的PROFIBUSDP現(xiàn)場總線在涂裝生產(chǎn)線自動(dòng)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用 摘 要 本文結(jié)合汽車保險(xiǎn)杠結(jié)構(gòu)件涂裝生產(chǎn)線的建設(shè),首先討論了涂裝生產(chǎn)線的工藝特點(diǎn)和自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。開發(fā)了基于現(xiàn)場總線的涂裝線自動(dòng)控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要由上位機(jī)、SIEMENS PLC S7-300/400控制系統(tǒng)和現(xiàn)場智能監(jiān)控儀表等組成,實(shí)現(xiàn)涂裝線分布控制,集中管理。論述了PROFIBUS現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的整體構(gòu)架。關(guān)鍵詞:PROFIBUS-DP 涂裝線 PLC 集中管理目錄1.引言 12.PROFIBUS現(xiàn)場總線概論12.1PROFIBUS現(xiàn)場總線 1 2.2闡述PROFIBUS現(xiàn)場總線的各種特性及特點(diǎn)

2、23.涂裝線電氣控制流程及各階段的控制要求 83.1 涂裝線電氣啟動(dòng)流程控制模式流程 9 3.1.1 手動(dòng)操作模式流程 9 3.1.2 自動(dòng)操作模式流程 24 3.1.3 過程自動(dòng)操作模式流程 273.2 輸送機(jī)控制系統(tǒng) 304. PROFIBUS現(xiàn)場總線在涂裝線工藝與的使用305PLC軟件系統(tǒng)配置及網(wǎng)絡(luò)組建 31 5.1 系統(tǒng)配置及網(wǎng)絡(luò)組建 315.2 系統(tǒng)軟件配置 325.3 變頻器與西門子PLC通訊335.3.1 變頻器的配線335.3.2 控制端子說明345.3.3 閉環(huán)反饋系統(tǒng)的調(diào)試 40 5.3.4 系統(tǒng)達(dá)到指標(biāo)任務(wù)之前的調(diào)試42 5.3.5故障對策 43 5.3.6 PLC硬件組

3、態(tài)與編程 446. 工控機(jī)監(jiān)控系統(tǒng) 486.1 WINCC開發(fā) 496.2 WINCC在本設(shè)計(jì)中的應(yīng)用圖面介紹 507. 總結(jié) 57參考資料介紹58謝辭601.引言 隨著計(jì)算機(jī)、控制、通信和網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)的進(jìn)步,現(xiàn)場總線在20世紀(jì)80年代中期逐漸發(fā)展起來。現(xiàn)場總線是應(yīng)用在生產(chǎn)現(xiàn)場測量與控制設(shè)備之間實(shí)現(xiàn)雙向串行多節(jié)點(diǎn)數(shù)字通信的系統(tǒng),也被稱為開放式、數(shù)字化、多節(jié)點(diǎn)通信的底層控制網(wǎng)絡(luò)。PROFIBUS是過程現(xiàn)場總線Process Field Bus的縮寫。它已成為應(yīng)用廣泛、技術(shù)成熟的國際標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)場總線之一,廣泛應(yīng)用于加工制造、過程和樓宇自動(dòng)化等領(lǐng)域。本文介紹PROFIBUS-DP現(xiàn)場總線在涂裝生產(chǎn)線自動(dòng)控

4、制系統(tǒng)的應(yīng)用。2.PROFIBUS現(xiàn)場總線概論 現(xiàn)場總線是安裝在生產(chǎn)過程區(qū)域的現(xiàn)場設(shè)備/儀表與控制室內(nèi)的自動(dòng)控制裝置/系統(tǒng)之間的一種串行數(shù)字式多點(diǎn)雙向通信的數(shù)據(jù)總其中“生產(chǎn)過程”包括斷續(xù)生產(chǎn)過程和連續(xù)生產(chǎn)過程兩類或者現(xiàn)場總線是以單個(gè)分散的數(shù)字化智能化的測量和控制設(shè)備作為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)用總線相連接實(shí)現(xiàn)相互交換信息共同完成自動(dòng)控制功能的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)與控制系統(tǒng)。2.1 PROFIBUS現(xiàn)場總線 PROFIBUS符合IEC 61158和 EN 50170標(biāo)準(zhǔn),是一種國際化的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議。S7-300通過通訊處理器,或通過集成在CPU上的PROFIBUS-DP接口連接到PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)上,帶有PROFIBU

5、S-DP主站、從站接口的CPU能夠?qū)崿F(xiàn)高速的用戶方便的分布式自動(dòng)化組態(tài)。從用戶觀點(diǎn)出發(fā),通過PROFIBUS-DP的分布式I/O就像處理集中的I/O一樣,具有相同的組態(tài),地址和編程。 目前世界各地已有650多家制造商能為現(xiàn)場區(qū)域提供門類廣泛,有適當(dāng)接口的各種兼容于 PROFIBUS的產(chǎn)品。2.2闡述PROFIBUS現(xiàn)場總線的各種特性及特點(diǎn) 1.PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)通信透明,各物理通信區(qū)段明朗開放化可以直接有效地與現(xiàn)場實(shí)際設(shè)備進(jìn)行信息交換,及時(shí)處理各設(shè)備反饋回來的各種信號(hào)。 2.PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)主要有三部分,PROFIBUS-FMS、PROFIBUS-DP、PROFIBUS-PA.三種通信網(wǎng)

6、絡(luò)所通信和應(yīng)用范圍各不同。PROFIBUS-FMS通用主要用于普通網(wǎng)絡(luò)的通訊;PROFIBUS-DP快速即插即用;PROFIBUS-PA主要特點(diǎn)是安全,大多都使用在供電系統(tǒng)中。如下圖是它們特點(diǎn)圖化介紹: 3.PROFIBUS 是國際性的開放的現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)。 A.PROFIBUS 標(biāo)準(zhǔn)EN 50170 是完整的開放的與制造商無關(guān)的已經(jīng)生效的 B.穩(wěn)固的PROFIBUS 標(biāo)準(zhǔn)保護(hù)世界范圍的用戶和制造商的投資. C. PROFIBUS 經(jīng)實(shí)踐證明并在世界范圍內(nèi)已安裝使用的設(shè)備超過1,500,000 個(gè)截止于1997年四季度4. PROFIBUS 給客戶的好處A.節(jié)省硬件和安裝費(fèi)用如圖2所示 減少硬件

7、成份I/O, 終端塊隔離柵 更容易更快捷和低成本的安裝 B. 節(jié)省工程費(fèi)用、更容易組態(tài)對所有設(shè)備只需一套工具、更容易保養(yǎng)和維修 C. 更容易和更快捷的系統(tǒng)起動(dòng) 更大的制造靈活性; 改進(jìn)功能; 減少故障時(shí)間; 準(zhǔn)確可靠的診斷數(shù)據(jù); 可靠的數(shù)字傳輸技術(shù).圖2 5. PROFIBUS 提供了三種有效的傳輸介質(zhì),安全合理化。A.PROFIBUS 使用兩端有終端的總線拓?fù)?B.在運(yùn)行期間接入和斷開一個(gè)或幾個(gè)站不會(huì)影響其他站的工作即使在本質(zhì)安全區(qū)也如此。 6. PROFIBUS 的通訊協(xié)議具有通用性。(如圖3) A. PROFIBUS 總線訪問協(xié)議第二層對三種PROFIBUS 版本FMS/DP/PA均相同

8、 B. 這使通信透明和FMS/DP/PA 網(wǎng)絡(luò)區(qū)域容易組合 C. 因?yàn)镕MS/DP 使用相同的物理介質(zhì)RS-485/FO 因此它們能組合在同一根電纜上圖3 7. PROFIBUS 的特點(diǎn)。 A. 代替PLC/PC 與I/O 之間昂貴的電線 B. 快速傳輸1 千字節(jié)的輸入數(shù)據(jù)和1千字節(jié)的輸出數(shù)據(jù)所需時(shí)間2 ms C. 強(qiáng)有力的工具減少組態(tài)和維護(hù)費(fèi)用 D. 被所有主要的PLC 制造商支持 E. 有廣泛的產(chǎn)品: PLC, PC, I/O, 驅(qū)動(dòng)器, 閥, 編碼器等 F. 允許周期性和非周期性的數(shù)據(jù)傳輸 G. 單主和多主網(wǎng)絡(luò) H. 每個(gè)站的輸入和輸出數(shù)據(jù)最多可達(dá)244 字節(jié) 8. PROFIBUS 典

9、型的配置系統(tǒng)中含有各種可以驅(qū)動(dòng)的設(shè)備,如PLC, PC, I/O, 驅(qū)動(dòng)器, 閥, 編碼器等。如圖4圖4 9. PROFIBUS 具有開放的組態(tài),并允許即插即用。各種設(shè)備只要將其GSD文件安裝于要組態(tài)的PLC中,即可以得到軟件的上的組態(tài),就可將此設(shè)備組態(tài)PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)中。用以簡圖以表示其開放性的組態(tài)方式,如圖5. 圖5 以是PROFIBUS的特點(diǎn),即因?yàn)镻ROFIBUS有如上的組態(tài)便簡,便于安裝,節(jié)約成本等諸多優(yōu)點(diǎn),所以現(xiàn)在已被越來越多的客戶所青睞。3 .涂裝線電氣控制流程及各階段的控制要求 根據(jù)涂裝設(shè)備流圖(請參考附件一:附件一 涂裝線設(shè)備流程圖.pdf)編制成本設(shè)計(jì)電氣控制流程工藝。

10、本控制根據(jù)客戶的要求設(shè)計(jì)成為三種控制模式,以供客戶在不同時(shí)期進(jìn)行生產(chǎn)維修操作,現(xiàn)將此三種模式詳細(xì)的控制過程闡述如下:3.1 涂裝線電氣啟動(dòng)流程控制模式流程 涂裝線電氣啟動(dòng)共有三種模式: (1)手動(dòng)操作模式流程:即在控制柜上單個(gè)手動(dòng)啟動(dòng)設(shè)備。 (2)本地自動(dòng)模式流程:即在單個(gè)系統(tǒng)控柜上自動(dòng)啟動(dòng)設(shè)備。 (3)遠(yuǎn)程自動(dòng)模式流程:即在工控電腦上啟動(dòng)Process全線設(shè)備。3.1.1手動(dòng)操作模式流程: 底漆烤爐控柜手動(dòng)操作,底漆烤爐控柜控制范圍是底漆烤爐及其冷卻區(qū)。底漆烤爐手動(dòng)操作流程: YES NOYES底漆烤爐冷卻區(qū)手動(dòng)操作流程: YESNO YESNO 設(shè)定溫度 設(shè)定溫度 下一頁 下一頁 上一頁上

11、一頁 清漆烤爐控柜手動(dòng)操作流程,清漆烤爐控柜控制范圍是清漆烤爐及其冷卻區(qū)。清漆烤爐手動(dòng)操作流程: 加熱箱 一 YES NO 上一頁 YES 加熱箱 二 YES NO YESNO 清漆烤爐冷區(qū)YES NO YES 上一頁 設(shè)定溫度 設(shè)定溫度 底漆噴房控柜手動(dòng)操作流程,底漆噴房控柜控制范圍是底漆噴房及其ASU。 未到位 開到位 下一頁 上一頁 YESNO YES NO 未打開 開到位下一頁上一頁YES NO 水位低 水位滿足YES NOYESNO 面漆噴房控柜手動(dòng)操作流程,面漆噴房控柜控制范圍是面漆噴房及其ASU。未到位開到位YES NO 下一頁 上一頁 YES NO YES NO 下一頁 上一頁

12、 YES NO YES 清漆噴房控柜手動(dòng)操作流程,清漆噴房控柜控制范圍是清漆噴房及其ASU。未到位 開到位 YES NO YES 下一頁上一頁 NO YESNO 下一頁上一頁 YES NO YES3.1.2本地自動(dòng)模式流程(即在單個(gè)系統(tǒng)控柜上自動(dòng)啟動(dòng)設(shè)備): 120S 120S 120S 120S 360S 下一頁上一頁 60S 60S停止設(shè)備順序 60S120S 120S120S 120S 120S 240S3.1.3遠(yuǎn)程自動(dòng)模式流程(即在觸摸屏上啟動(dòng)Process全線設(shè)備): 60S 60S 當(dāng)溫度到達(dá)60 120S 120S 下一頁 上一頁60S60S 自動(dòng)停止順序60S120S60S

13、上一頁 60S 60S 10M或溫度低于30度 10M 以上是系統(tǒng)制程設(shè)備的電氣控制流程,其中流程中控制的時(shí)間均是暫定,以客戶工藝為主。 3.2 輸送機(jī)控制系統(tǒng) 輸送系統(tǒng)鏈采用SKID滑撬式輸送機(jī),在各個(gè)工位設(shè)置P+F傳感器來控制滑撬小車的行走,而傳感器則是通過遠(yuǎn)程ET200S模塊由主控制柜上的PLC進(jìn)行控制,PLC根據(jù)由各工位的占位及滿位信號(hào)都是通過接近開關(guān)送給PLC的。在全長620米的工藝路線中,一共有300個(gè)傳感和138臺(tái)馬達(dá)控制。其中使用到的P+F傳感器是德國倍加福公司生產(chǎn)電感式接近開關(guān),在本案中主要是使用它來檢測鐵件滑撬。它具有抗干擾強(qiáng),防護(hù)等級(jí)高等優(yōu)點(diǎn),所以在本案中得到大量使用。4

14、. PROFIBUS現(xiàn)場總線在涂裝線工藝與的使用 根據(jù)上述的電氣控制工藝過程,我們可以清楚的了解到涂裝線是一個(gè)多系統(tǒng)且控制設(shè)備及電氣元件較多的一個(gè)大系統(tǒng)。從上掛區(qū)到下料區(qū)總長約700米,各種接近開關(guān),溫度傳感器,風(fēng)壓檢測開關(guān),水壓檢測開關(guān),讀寫器,變頻器,馬達(dá)等電控元件分布在各個(gè)區(qū)域。若用常規(guī)的電氣方法去做此項(xiàng)目困難相當(dāng)大,所使用的成本也很大,工期也很長。 為了解決涂裝線的這種流程工藝較長,且信號(hào)較多等這也些特點(diǎn)我們引進(jìn)了PROFIBUS現(xiàn)場總線來解決這些問題.利用PROFIBUS我們實(shí)現(xiàn)了全數(shù)字化通信,不同廠家產(chǎn)品互操作;實(shí)現(xiàn)了真正的分布式控制分散式控制:可以傳送多個(gè)過程變量的同時(shí)可將儀表標(biāo)

15、識(shí)符和簡單診斷信息一并傳送,可以產(chǎn)生最先進(jìn)的現(xiàn)場儀表,多變量變送器;提高了測試精度;增強(qiáng)了系統(tǒng)的自治性。5PLC軟件系統(tǒng)配置及網(wǎng)絡(luò)組建5.1 系統(tǒng)配置及網(wǎng)絡(luò)組建 本系統(tǒng)選用CPU416-3F模塊化PLC。它集成了PROFIBUS-DP現(xiàn)場總線接口裝置,具有很強(qiáng)大的處理能力。PLC程序在PC機(jī)STEP7中編制完成后下載到CPU416-3F并存儲(chǔ),CPU可自動(dòng)運(yùn)行該程序,根據(jù)程序內(nèi)容讀取總線上的所有I/O模塊的狀態(tài)字,控制承載小車的運(yùn)行以及相應(yīng)的設(shè)備。 選用SIMATIC S7-300與ET200S從站 當(dāng)S7-300或S7-400作PROFIBUS-DP網(wǎng)的主站時(shí),可分別帶從站32個(gè),如加中繼器

16、,最多可達(dá)127個(gè)。根據(jù)現(xiàn)場的情況,整個(gè)控制系統(tǒng)分為30個(gè)從站,其中噴漆室、烘爐、空調(diào)、強(qiáng)冷室、打磨室以及廢水處理共設(shè)三個(gè)從站,各從站均采用SIEMENS公司的S7-200系列PLC,通過EM277模塊和PROFIBUS總線相連。在S7-300種可以對各分站中PLC的輸入輸出進(jìn)行讀寫操作。輸送機(jī)部分根據(jù)各傳感器、操作位和小車識(shí)別系統(tǒng)得位置分為120個(gè)從站,其中輸送機(jī)控制用80個(gè)從站,每各從站采用SIEMENS公司的ET200S型分布式I/O模塊;小車識(shí)別系統(tǒng)用6個(gè)從站,各分站均采用P+F公司的識(shí)別系統(tǒng)。分布式I/O ET200M控制系統(tǒng)ET200M是一種模塊化的分布式I/O站,通過IM-153

17、接口與PROFIBUS-DP現(xiàn)場總線連接。對于SIEMENS STEP7開發(fā)平臺(tái),在ET200M上的分散I/O節(jié)點(diǎn)的地址排布與傳統(tǒng)集中式的地址排布是一致的,所以在編程時(shí)就和編制集中式控制程序一樣,而且分散I/O的模塊地址可以根據(jù)用戶需要而改變,以適應(yīng)實(shí)際現(xiàn)場調(diào)試時(shí)的需要。 關(guān)于詳細(xì)的硬件配置圖可參考附件二:附件二 PLC?示意?.dwg5.2系統(tǒng)軟件配置 本系統(tǒng)所使用的軟件是SIEMENS SIMATIC Manager v5.4+sp4.若PC機(jī)中已安裝此軟件,可以在“開始”菜單中啟動(dòng)本軟件,如下圖所示: 然后再雙擊“Hardware”進(jìn)入軟件組態(tài)畫面,如下圖: 進(jìn)入硬件組態(tài)畫面以后,可以根

18、據(jù)產(chǎn)品自身所配帶的GSD文件進(jìn)行GSD文件導(dǎo)入工作,具體方法如下圖所示: 將GSD文件光盤或USB移動(dòng)硬盤插入電腦,尋找GSD文件,找到文件,點(diǎn)擊安裝,就完成GSD文件導(dǎo)入工作。 下面將詳細(xì)以華緯TD-2000變頻器為例說明變頻器與西門子的通訊過程。5.3 變頻器與西門子PLC通訊5.3.1 變頻器的配線主回路輸入輸出端子,適用TDTD2000-4T0022G/0075PTD2000-4T0075G/0110P功能描述端子名稱功能說明R,S,T三相交流380V輸入端子P,PB外接制動(dòng)電陰預(yù)留端子N直流負(fù)母線輸出端子U,V,W三相交流輸出端子G接地端子適用機(jī)型:TD2000-4T0110G/01

19、50PTD20004T0750G/0900P功能描述端子名稱功能說明R,S,T三相交流380V輸入端子P1,P外接直流電抗器預(yù)留端子N直流負(fù)母線輸出端子U,V,W三相交流輸出端子G接地端子5.3.2 控制端子說明控制端子排序圖X1X2X3X4X5COX6X7X8Y2Y1P24VRFVCIGNDCCIFMAMFWDCOMREVTATBTC端子說明端子記號(hào)端子功能說明規(guī)格X1-COMX2-COMX3COMX4COMX5COMX6COMX7COMX8-OM多功能輸入選擇1多功能輸入選擇2多功能輸入選擇3多功能輸入選擇4多功能輸入選擇5多功能輸入選擇6多功能輸入選擇7或測速輸入SM1多功能輸入選擇8或

20、測速輸入SM2X1至X8為多功能輸入選擇,可依次由功能碼119126選擇所需功能,各功能通用碼的內(nèi)容對應(yīng)的功能見多功能輸出輸入選擇功能表FWD-COMREV-COM運(yùn)行控制(正轉(zhuǎn)/停止)運(yùn)行控制(反轉(zhuǎn)/停止)Y1-COMY2-COM開路集電極輸出1開路集電極輸出2Y1,Y2對應(yīng)的功能碼是128,129P24-COM24V電源最大輸出電流100mAVRF-GND外接頻率設(shè)定用電源+10VDCVCI-GND模擬電壓頻率設(shè)定輸入輸入范圍0+10VCCI-GND模擬電壓頻率設(shè)定輸入輸入范圍020mA,此時(shí),輸入電阻為500歐姆端子記號(hào)端子功能說明規(guī)格FM-GND輸出頻率顯示0+10V或01mAAM-G

21、ND輸出電流顯示0+10V或01mATA,TB,TC變頻器正常:TA-TB閉合,TA-TC斷開變頻器故障:TA-TC閉合,TA-TB斷開接點(diǎn)額定值250Vac-2A,30Vdc-1A 多功能輸入選擇功能表內(nèi)容對應(yīng)功能內(nèi)容對應(yīng)功能0無功能13頻率遞減指令DOWN1多段頻率端子114簡易PLC暫停運(yùn)行指令2多段頻率端子215加減速禁止指令3多段頻率端子316三線式運(yùn)轉(zhuǎn)控制4加減速時(shí)間端子117外部中斷常開觸點(diǎn)輸入5加減速時(shí)間端子218外部中斷常閉觸點(diǎn)輸入6外部故障常開輸入19停機(jī)直流制動(dòng)輸出入指令7外部故障常閉入20測速清零信號(hào)輸入8外部復(fù)位輸入21計(jì)數(shù)器清零信號(hào)輸入9外部正轉(zhuǎn)點(diǎn)動(dòng)運(yùn)行控制輸入JO

22、GF22計(jì)數(shù)器觸發(fā)信號(hào)輸入(僅對X7輸入有效)10外部反轉(zhuǎn)點(diǎn)動(dòng)運(yùn)行控制輸入JOGR23測速輸入SM1(僅對X7設(shè)定單項(xiàng)測速輸入11自由停車輸入24測速輸入SM2(僅對X8設(shè)定)12頻率遞增指令UP開路集電極輸出功能表(F128,F129)內(nèi)容對應(yīng)功能內(nèi)容對應(yīng)功能0變頻器運(yùn)行中信號(hào)6頻率上限限制(FHL)1頻率到達(dá)信號(hào)(FAR)7頻率下限限制(FLL)2頻率水平檢測信號(hào)(FDT)8變頻器零速運(yùn)行中3過載早期預(yù)警信號(hào)9簡易PLC階段運(yùn)轉(zhuǎn)完成指示4欠壓封鎖停止中(LU)10設(shè)定計(jì)數(shù)值到達(dá)5外部故障停機(jī)11指定計(jì)數(shù)值到達(dá) 標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)行配線變頻器的面板操作方式與基本配線;變頻器的多功能端子控制方式及配線;變

23、頻順的上位機(jī)控制方式及配線;利用變頻器的遠(yuǎn)端和旋轉(zhuǎn)編碼器構(gòu)成簡單的閉環(huán)控制系統(tǒng);用操作面板運(yùn)行時(shí),須按下列要求配線; A:取下蓋板; B:將電源線接到主回路輸入端子R,S,T上,如下圖所示; C:將負(fù)載(電機(jī))線連到變頻器輸出端子U,V,W上,如下圖所示; D:將“G”點(diǎn)安全接地; E:將取下蓋板重新安裝好。用控制端子運(yùn)行時(shí),須按下列要求配線: 在基本配線的基礎(chǔ)上,還有以下幾點(diǎn)補(bǔ)充:A:可以用電壓(010V)或電流(020V)作為頻率設(shè)定信號(hào)輸入,但必須采用屏蔽電纜;B:控制端子CCI既可輸入電壓信號(hào),又可以輸入電流信號(hào),必須根據(jù)輸出入信號(hào)的類型,在主控板上I/V選擇插座CN10應(yīng)選擇V側(cè);C

24、:用控制端子運(yùn)行時(shí),一般要求通過FWD或REV與COM來控制。特別是在頻繁起停的應(yīng)用場合,如果采用變頻器輸入前端的接觸器進(jìn)行變頻器的頻繁起停或正反轉(zhuǎn)控制,將會(huì)影響變頻器的壽命。用串行通信口運(yùn)行時(shí),須按下列要求配線: 在基本配線的基礎(chǔ)上,還有以下幾點(diǎn)補(bǔ)充: A:在主控板RS232輸出口與變頻器底部RS232口間安裝好專用電纜; B:變頻器底部的RS232口是標(biāo)準(zhǔn)的DB9母接口,可以直接連接標(biāo)準(zhǔn)接口的上位機(jī); C:如果采用RS2485/422接口,必須另外選購華為公司提供的通信接口擴(kuò)展板。 注意:1 配線前,配電柜的開關(guān)必須在OFF位置; 2 變頻器內(nèi)部的充電燈熄后再配線; 3 禁止將電源線與U,

25、V,W相連; 4 接地線一般為直徑3。5平方毫米以上銅線,接地電阻小于10歐。利用變頻器的遠(yuǎn)端和旋轉(zhuǎn)編碼器構(gòu)成簡單的閉環(huán)控制系統(tǒng); 旋轉(zhuǎn)編碼器具有體積小,分辨率較高,并且成本較低,但是卻有著高效率。具有絕對型和境量型兩種,本次高計(jì)所用的編碼器型號(hào)為TRD-S3608是屬于增量型編碼器。編碼器由軸承,連接線路以及構(gòu)成。旋轉(zhuǎn)編碼器有A,B,Z,三相輸入,并且要接直流電源,A,B之間幅值相同但是存在有相位差,Z為零輸入。其輸出形態(tài)有集電極開路輸出能電阻負(fù)荷輸出兩種形式。 有關(guān)旋轉(zhuǎn)編器的工作原理:根據(jù)放置編碼器每旋轉(zhuǎn)一周,A,B,Z三相都輸出脈沖,發(fā)送給所連接的元件,使其達(dá)到所需具有的功能。A,B,Z

26、三相輸出的脈沖個(gè)數(shù)不同,是為了確保無論在脈沖上升或者下降都可以使其都保持一定的精確性。 旋轉(zhuǎn)編碼器可以做為一個(gè)反饋系統(tǒng)也可以做為一個(gè)計(jì)數(shù)器來使用。 旋轉(zhuǎn)編碼器在本次畢業(yè)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用:主要是與TD2000變頻器,以及電機(jī),構(gòu)成一個(gè)可控的反饋系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)對電機(jī)以給定的頻率(速度)恒速運(yùn)行的控制。旋轉(zhuǎn)編碼器與電機(jī)同步運(yùn)轉(zhuǎn),從而發(fā)出脈沖,反饋給變頻器,然后調(diào)整后再發(fā)送給電機(jī),直至電機(jī)的轉(zhuǎn)速與變頻器的面板給定轉(zhuǎn)速保持一致。與高速計(jì)數(shù)模塊相連接形成高速計(jì)數(shù)器。 旋轉(zhuǎn)編碼器的安裝:首先如果要用編碼器作為一個(gè)反饋環(huán)節(jié),就要使旋轉(zhuǎn)編碼器的轉(zhuǎn)速與電機(jī)的轉(zhuǎn)速保持一致。這樣才可能來調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速,所以在安裝時(shí)要使電機(jī)的

27、轉(zhuǎn)軸與旋轉(zhuǎn)編碼器的軸承一起轉(zhuǎn)動(dòng)。 首先在電機(jī)的低座固定一塊鋼板(并且鋼板有一個(gè)與電機(jī)轉(zhuǎn)軸相垂直的平面,并且二者有一定的距離,我們做的設(shè)計(jì)二者有15CM的距離),在垂直于電機(jī)轉(zhuǎn)軸的鋼板一面上轉(zhuǎn)孔,用來固定旋轉(zhuǎn)編碼器的軸承與電機(jī)的轉(zhuǎn)軸相對并且在一條直線上,然后有彈性較高彈簧來連接兩面三刀軸,這樣就可以保證電機(jī)與旋轉(zhuǎn)編碼器的轉(zhuǎn)速保持一致。而且旋轉(zhuǎn)編碼器相對與電機(jī)的位置不變,并隨電機(jī)位置的改變而改變。 第二步:在旋轉(zhuǎn)編碼器固定之后,便是其與變頻器的線路連接問題,連線時(shí)要注意電氣柜電源要斷開,并且變頻器的通電信號(hào)燈熄滅之后再連接線路。避免發(fā)生事故。并且連接線路要遵守編碼器線路連接示意圖不可以隨便連接,否

28、則會(huì)導(dǎo)致?lián)p壞編碼器。本次使用的旋轉(zhuǎn)編碼器有五根線,分別是藍(lán)色,代表零電壓線;棕色線代表電源線(為24V直流電源);黑色線代表輸出A相脈沖;白色線是輸出B相脈沖。(A,B是雙相正交脈沖)桔色線代表Z相輸出脈沖;還有一屏蔽線要接地。 在認(rèn)識(shí)旋轉(zhuǎn)編碼器的線路之后要把它與變頻器的功能端子相連。 首先編碼器的棕色線與變頻器的P24功能端子相連,藍(lán)色線即零伏電壓線與變頻器的COM端相連,組成一個(gè)直流24V的電壓源;黑色線即輸出A相與變頻順的X7端相連。白色線即輸出B相與X8端子相連;桔色的線即輸出Z相與X6端子相連,金色的屏蔽線與地相連。 變頻器(內(nèi)置PID系統(tǒng))與電機(jī)和旋轉(zhuǎn)編碼器組成的負(fù)反饋系統(tǒng)調(diào)節(jié):在

29、所有線路連接正確的情況下,負(fù)反饋系統(tǒng)的調(diào)節(jié)主要決定于變頻器內(nèi)部PID系統(tǒng)的參數(shù)的設(shè)置。因?yàn)闃?gòu)成的閉環(huán)負(fù)反饋系統(tǒng)是通過變頻面板給定,并由其提供一個(gè)電壓,合電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng),帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)編碼器一起轉(zhuǎn)動(dòng),編碼順輸出脈沖,由變頻器內(nèi)部的PID系統(tǒng)接收,在發(fā)送給電機(jī),再通過編碼器取反,直到電機(jī)可以達(dá)到規(guī)定的要求穩(wěn)定運(yùn)行。 5.3.3 閉環(huán)反饋系統(tǒng)的調(diào)試 第一:變頻器的功能參數(shù)的設(shè)置:F00為0。表示運(yùn)行頻率設(shè)定用F01碼或者數(shù)字增減鍵來設(shè)定: F001:頻率數(shù)字設(shè)定:設(shè)為20HZ,表示電機(jī)最終達(dá)到穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)頻率為20HZ。 F100:閉環(huán)控制功能為2表示選擇采用脈沖編碼器PG的速度閉環(huán)控制。 F101:給定量通道選

30、擇,選為0表示由操作面板數(shù)字給定:F102:給定數(shù)字設(shè)定,設(shè)定范圍是:0-10V,主要是對用操作面板進(jìn)行數(shù)字給定值進(jìn)行定義。實(shí)驗(yàn)設(shè)定的數(shù)據(jù)是6伏。F104:是反饋偏置電壓的設(shè)定,設(shè)定范圍是0?10V,主要是對PID調(diào)節(jié)器中的參數(shù)B進(jìn)行設(shè)定數(shù)值,實(shí)驗(yàn)中設(shè)定的數(shù)值是5伏。 F105:是反饋偏置極性的設(shè)置,設(shè)定范圍是0,1,主要是對反饋偏置量B的極性定義,實(shí)驗(yàn)中設(shè)定為0,表示其極性為正。F106:是反饋通道增益設(shè)定,設(shè)定范圍是0。0?999。9,主要是對PID調(diào)節(jié)器中的K值進(jìn)行定義,實(shí)驗(yàn)中的設(shè)定值為100。F107: 是反饋通道增益極性的設(shè)定:設(shè)定范圍是:0,1,主要是對K的極性進(jìn)行設(shè)定,本實(shí)驗(yàn)中設(shè)

31、定為1,表示負(fù)極性,也就是說此閉環(huán)反饋系統(tǒng)為負(fù)反饋。F108: 是速度閉環(huán)給定:設(shè)定范圍是0-9999r/min,表示的是采用PG反饋時(shí)操作板面的轉(zhuǎn)速給定值。實(shí)驗(yàn)中設(shè)定的數(shù)值在700r/min左右,這個(gè)值需要不斷的調(diào)試才可使系統(tǒng)比較穩(wěn)定。F109: 輸入脈沖相數(shù)選擇。設(shè)定范圍是0,1:0表示單相輸入,1表示雙相輸入,如果需要同時(shí)檢測轉(zhuǎn)速和方向,應(yīng)選擇雙相輸入,如果只需要檢測轉(zhuǎn)速,采用單相輸入即可,所以實(shí)驗(yàn)選擇的是0,為單相輸入。F110: 脈沖編碼器每轉(zhuǎn)脈沖數(shù);設(shè)定范圍是1-9999,在設(shè)定數(shù)據(jù)時(shí)要根據(jù)選用脈沖編碼器的特性參數(shù)來定義,因此,實(shí)驗(yàn)中設(shè)定的數(shù)值為360。F111: 是比例增益P,設(shè)

32、定范圍是0-999.9%,比例增益越大,反饋量越大,電機(jī)誤起動(dòng)時(shí)間越短。F112: 表示積分時(shí)間Ti,積分時(shí)間越大,表示系統(tǒng)趨于穩(wěn)定所需時(shí)間越大,反之就越小,設(shè)定范圍為0.0-100.00s。F113: 表示采樣周期T,表示對反饋量的一次采樣所需的時(shí)間。設(shè)定范圍是0。0-100。0s。F114:表示偏差極限;是系統(tǒng)輸出值相對于閉環(huán)給定值勤的最大偏差率,主要對經(jīng)過PI處理的輸出量進(jìn)行幅度限制,偏差極限取值越大,系統(tǒng)趨于穩(wěn)定時(shí)的誤差也就越小,設(shè)定范圍是0。0-20%5.3.4 系統(tǒng)達(dá)到指標(biāo)任務(wù)之前的調(diào)試 主要調(diào)節(jié)幾個(gè)參數(shù)分別是F105:是反饋偏置極性的設(shè)置,F100是閉壞控制功能為2選擇采用脈沖編

33、碼器PG的速度閉環(huán)控制。F108:是速度閉環(huán)經(jīng)定,F01為頻率數(shù)字設(shè)定,設(shè)為20HZ,二者存在一定的關(guān)系,每給一個(gè)運(yùn)行頻率的給定都有相對應(yīng)的一個(gè)速度閉環(huán)給定。F111:是比例增益P。F112:表示積分時(shí)間Ti,二者之間也存在一個(gè)使系統(tǒng)達(dá)到指定穩(wěn)定時(shí)最佳對應(yīng)關(guān)系。面板給定頻率速度閉環(huán)給定比例增益設(shè)定積分時(shí)間設(shè)定采樣周期設(shè)定偏差極限設(shè)定系統(tǒng)穩(wěn)定時(shí)的轉(zhuǎn)速系統(tǒng)穩(wěn)定時(shí)的頻率20HZ710r/min5200.60.520%711r/min23.75HZ20HZ710r/min5300.60.510%712r/min22.65HZ20HZ710r/min515%709r/min23.94

34、HZ20HZ710r/min5401.00.520%713r/min27.37HZ 以上表格只是一部分?jǐn)?shù)據(jù),表明了一定的關(guān)系。但由于能力有限,無法確定閉環(huán)系統(tǒng)的傳遞函數(shù),所以相應(yīng)的存在一些誤差,在整個(gè)過程中要注意的事項(xiàng)以及出現(xiàn)的問題: 首先要絕對值注意連接線時(shí)的安全問題,不可帶電連接線路,第二連接線路可遵守連線要求,不可錯(cuò)連,亂連,并且要進(jìn)行復(fù)查。第三在調(diào)試的過程中要反復(fù)試驗(yàn),爭取得到最精確的結(jié)果。第四點(diǎn):要注意在連接線路時(shí),不可把旋轉(zhuǎn)編碼器的趨勢直接連到變頻器的端子上去,并且使與旋轉(zhuǎn)編碼直接連線處要優(yōu)質(zhì)線路的固定性。不可以來回的拆接。避免線路斷線。第五點(diǎn),要注意線路布局的合理性,美觀性和簡明

35、性,不可隨意的放置線路。出現(xiàn)的問題:因?yàn)榱私獠蝗鎸?dǎo)致有關(guān)X6,X7,X8的參數(shù)沒有設(shè)置,電機(jī)不會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng);在參數(shù)設(shè)置好之后,運(yùn)行時(shí),很久電機(jī)才轉(zhuǎn)動(dòng),經(jīng)了解是采樣和積分時(shí)間過長造成反饋和起動(dòng)時(shí)間過長;在其之后,電機(jī)轉(zhuǎn)速一直上升,不會(huì)下降到達(dá)指定的轉(zhuǎn)速。在一系列的實(shí)驗(yàn)之后發(fā)現(xiàn)是因?yàn)榉答佋O(shè)置的是正反饋;在運(yùn)行的過程中電機(jī)事業(yè)電,經(jīng)過反復(fù)查找發(fā)現(xiàn),變頻器,電機(jī)的接地點(diǎn)電壓不為零,是因?yàn)樘鞖膺^于干燥,于是,我們把電機(jī)和變頻器的接地端正直接用導(dǎo)線連接到埋在地里的鐵棒上,從而使電機(jī)不帶電。在運(yùn)行蝗過程中電機(jī)的轉(zhuǎn)速出現(xiàn)來回振蕩現(xiàn)象,于是我們將允許偏差增大發(fā)現(xiàn)振蕩現(xiàn)象減小,并且積分參數(shù)可以相應(yīng)的增加。注意在設(shè)置放

36、置編碼器的每轉(zhuǎn)脈沖數(shù)時(shí),不可以亂設(shè)要根據(jù)編碼器本身的脈沖數(shù)設(shè)置,即設(shè)置成360,否則會(huì)導(dǎo)致反饋系統(tǒng)的不可調(diào)節(jié)性。在參數(shù)設(shè)置時(shí)不可超過參數(shù)規(guī)定的范圍,對不要求設(shè)置的參數(shù)最好不要設(shè)置,對規(guī)定不可修改的參數(shù)也不要隨意的改動(dòng),不然會(huì)對變頻器造成損壞。 在接線時(shí),將變頻器的COM,與地端混淆,造成變頻器提供的24V直流電源為零。同時(shí)也造成了閉環(huán)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí),電機(jī)的轉(zhuǎn)速一直上升,直到允許的最大頻率為止,不會(huì)下降。 5.3.5故障對策 現(xiàn)場總線適配器的前面板有三個(gè)狀態(tài)指示燈,分別標(biāo)有“RUN”, “RS485”,和“PROFIBUS”.RUN:當(dāng)現(xiàn)場總線適配器上電正常運(yùn)行后,該燈應(yīng)處于長亮狀態(tài)。如果指示燈滅,

37、表示電源部分有問題,請檢查接線及其外部24V電源的供電情況。如果該指示燈出現(xiàn)閃爍,表示現(xiàn)場總線適配器的程序運(yùn)行不正常,請給現(xiàn)場總線適配器重新上電。RS485:該燈表示變頻器與現(xiàn)場總線適配器之間的RS485串行通訊狀態(tài)。正常運(yùn)行期間,處于長亮狀態(tài)。如果出現(xiàn)熄滅的情況,請檢查現(xiàn)場總線適配器與變頻器之間接線是否正確,同時(shí)查看變頻器中有關(guān)參數(shù)配置是否正確。如果閃爍,表示RS485通訊有錯(cuò)誤報(bào)文,但適配器能正常工作。PROFIBUS:該燈表示現(xiàn)場總線適配器與PROFIBUS主站之間的通訊狀態(tài)。正常時(shí),處于長亮狀態(tài)。如果熄滅,表示PROFIBUS通訊異常,此時(shí)可查看接線及其PROFIBUS主站的參數(shù)配置和

38、變頻器的通訊參數(shù)配置。具體情況可查看主站的相關(guān)手冊。如果閃爍,請等待一到二分鐘,再看通訊狀況。5.3.6 PLC硬件組態(tài)與編程先將300 PLC組態(tài)成如下:其中300的PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)地址為2,且作為主站組態(tài)。選中上圖中總線,按下列路徑雙擊TDS-PA01:PROFIBUS DPAddition Field DeviceGeneralTDS-PA01 如果找不到,則安裝TDS-PA01的GSD文件即可會(huì)出現(xiàn)下面對話框:選擇與從站相匹配的地址,單擊OK選擇相關(guān)站的solt 0,在HW Config的右側(cè)樹型框內(nèi)找到TDS-PA01打開,選擇PPO類型。這里選PPO-01,雙擊。并按如此步驟配

39、置完兩個(gè)從站。保存、編譯并下載到300 PLC的CPU,看是否能檢測到從站。若沒有檢測到從站,可能有以下原因:(1)、組態(tài)可能有誤。(2)、通訊端口設(shè)置可能不正確(3)、S7?300的終端電阻沒有置為ON或OFF。(4)、變頻器內(nèi)部參數(shù)設(shè)置是否正確。(參數(shù)設(shè)置可參考變頻器使用手冊)考慮到設(shè)計(jì)的需要,組織塊OB82、OB86,關(guān)于其作用可參考S7-300系統(tǒng)功能手冊是接著編輯相關(guān)變量的符號(hào)表然后輸入OB1程序如下:在開發(fā)WINCC監(jiān)控界面之前,可以先例用STEP7的監(jiān)視和賦值軟件(Monitor/Modify Variables)對變頻器進(jìn)行調(diào)試。6. 工控機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)在本案設(shè)計(jì)中也是一大

40、亮點(diǎn),因涂裝系統(tǒng)生產(chǎn)線較長,現(xiàn)場實(shí)際管理很不方便。為了能對現(xiàn)場各設(shè)備及生產(chǎn)信息有一個(gè)明確而又準(zhǔn)確的了解,監(jiān)控系統(tǒng)那是必不可少的一部分。本設(shè)計(jì)中監(jiān)控系統(tǒng)主要功能如下:1)工藝流程畫面:顯示當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)信息,各停止器及占位開關(guān)的狀態(tài),各個(gè)烘干室的溫度等。2)設(shè)備控制畫面:可以在人機(jī)對設(shè)備進(jìn)行操作。3)識(shí)別系統(tǒng):在人機(jī)系統(tǒng)我們可以看到各個(gè)承載小車所掛的工件類型。4)實(shí)時(shí)報(bào)警處理:對系統(tǒng)實(shí)時(shí)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷,發(fā)出報(bào)警信號(hào),并按技術(shù)要求進(jìn)行處理、自動(dòng)進(jìn)行相應(yīng)設(shè)備控制。6.1 WINCC開發(fā) 首先在WINCC中建立工程TDS-PA01,然后選擇變量編輯器右鍵添加新的驅(qū)動(dòng)程序(N)選擇SIMATIC S7

41、 Protocol Suite.CHN選擇MPI網(wǎng)絡(luò)右鍵新建驅(qū)動(dòng)程序連接,將名稱改為TDS,單擊屬性,添入300 CPU的網(wǎng)絡(luò)地址填入將要建立的變量和變量組建立在TDS的連接中。 6.2 WINCC在本設(shè)計(jì)中的應(yīng)用圖面介紹 下面就各個(gè)功能用實(shí)際畫面做一簡述:如下圖六畫面是本設(shè)計(jì)的監(jiān)控系統(tǒng)的開始畫面,其功能可以來回切換于各個(gè)畫面,以對各個(gè)區(qū)域的設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控。 圖六 下一畫面(如圖7)是機(jī)器人與輸送機(jī)之間的通訊界面。此畫面的主要功能是監(jiān)控輸送機(jī)發(fā)給機(jī)器人的數(shù)據(jù)是否正確及機(jī)器人反饋給輸送機(jī)數(shù)據(jù)信息。圖7 接下來這的一個(gè)畫面(如圖8)是反映輸送機(jī)與制程設(shè)備之間的通訊狀況,通過此畫面可以看出輸送機(jī)與過程設(shè)備之間的通訊是否正常。圖8 如圖9,此畫面主要監(jiān)控各PLC之間的通訊狀況,以及WINCC服務(wù)器的通訊狀況。同時(shí)也可以在此畫面上打開SIMATIC Manager對PLC內(nèi)部程序進(jìn)行監(jiān)控。 圖9 如圖10,此畫面是數(shù)據(jù)管理及生產(chǎn)管理計(jì)劃輸入。通過此畫面我們可以根據(jù)自己的生產(chǎn)計(jì)劃來安排我們的生產(chǎn)及相關(guān)管理。此畫面所提供的信息是涂裝生產(chǎn)線的核心內(nèi)容,不能隨意改動(dòng)。圖10此畫面是對各個(gè)設(shè)備的運(yùn)行情況的一種監(jiān)控,如圖11所示圖