西门子6ES7313-6CG04-0AB0接线方式

  现场总线是用于现场仪表与控制系统和控制室之间的一种全分散、全数字化、智能、双向、互联、多变量、多点、多站的通信网络。目前，现场总线种类繁多，还没有统一的标准，每种总线都有其独特的产生背景和应用领域，影响比较大的有CAN总线、lonworks总线、hart总线、FF总线、rpofibus总线等。 

　　Profibus-dp主要应用于现场设备级，它的响应时间从几百微秒到几百毫秒，数据传输速率为9.6 kbps～12mbps。在济南国际机场航站楼的电力参数监控系统设计时，考虑到现场参数变量较多，位置分散，且对信号的实时性和抗干扰能力都要求较高，一般的监控网络很难满足系统要求，因此在系统的监控层选用profibus-dp通信网络完成系统的主控设备s7-300 PLC与分布的现场设备之间的数据通信工作。在s7-300 plc与带通讯卡的上位机之间采用了mpi通信方式。

　　系统网络拓扑结构

　　根据在工业控制实际需要及其经费情况，系统的硬件组成通常有以下几种网络拓扑结构方案。

　　(1)以plc或控制器作为一类主站，不设监控站，但调试阶段配置一台编程设备。该方案的plc或控制器完成通信管理、从站数据读写、从站远程参数化工作。

　　(2)以plc或控制器作为一类主站，监控站通过串口与plc一对一连接。该结构方案的监控站不在profibus总线网络上，不是二类主站，不能直接读取从站数据合完成远程参数化工作。监控站所需的数据只能在plc控制器中读取。

　　(3)以plc或控制器作为一类主站，监控站即二类主站连接到profibus总线网络上。该方案的监控站可以完成远程编程、参数化及在线监控功能。

　　(4)使用pc机加profibus网卡作为一类主站，监控站与一类主站一体化。该方案成本较低，但要求pc机具有高可靠性、能长时间连续运行，如果pc机出现故障，将影响整个系统的正常工作。另外，通信厂商通常只提供一个模板的驱动程序，总线控制、监控程序可能需要用户自己开发。

　　(5)紧凑式pc机(compact computer)加profibus网卡加soft plc的结构形式。该方案中用紧凑式pc机取代了一般的pc机，使系统的可靠性大大增强。soft plc是将通用型pc机改造成一台由软件(软逻辑)实现的plc，这种软件将plc的编程及其应用程序运行功能，操作员监控站的图形监控开发、在线监控功能集成到一台紧凑式pc机上，形成一个plc与监控站一体的控制器工作站。

　　(6)充分考虑未来扩展需要，如增加几条生产线和扩展出几条dp网络，车间要增加几个监控站等，好采用两级网络结构。

　　硬件组成

　　在开发设计济南国际机场航站楼电力参数监控系统的过程中，根据系统本身性能的要求及其各种方案的优劣及其性价比，我们在网络拓扑结构方案2的基础上，加以改进，不再采用监控站通过串口与plc一对一连接，而是在监控站与plc之间采用通讯速率更高，更稳定的mpi通信方式，系统网络结构如图1所示。网络结构分为两层，上层为管理层，下沉为数据监控层。两层之间采用mpi-多点接口访问方式。上层管理层主要功能是从plc控制器中读取从站参数数据，利用力控上位机组态软件，设计友好的人机界面，连接读取的数据变量来完成对从站的监控工作。另外在管理层中，可以生成各种需要的数据报表、进行数据分析等工作。下层监控层在本实例系统中由两个相对独立的s7-300plc控制系统，每个控制系统由一个cpu314模块，cpu314上连接了四个通信模块cp342-5，以及在每个cp342-5模块上连接的36个智能从站仪表构成，数据监控网络采用profibus网络通信方式，在图1中给出了简单的分布结构，监控层主要完成与分布在工业现场的各个从站之间的数据通信，读取各个从站仪表的数据参数，存放在plc控制器的数据区中，供上位机读取访问。

　　软件设计

　　profibus网络的节点连接采用lan(local area networks)插头。lan插头分为两种：一种不可以直接连接编程设备;另一种可以随时连接编程设备，对整个系统进行调试。在总线终端的lan插头处将终端电阻开关拨到on的位置，以减小网络信号传输干扰。

　　在网络连接好之后，我们使用step7对整个网络进行组态。组态包括从站的硬件配置和网络设置两部分。在从站配置中，采用济南莱恩达网络仪表科技有限公司提供的具有profibus总线接口的pmm2000/pmm2100系列数字式微型多功能电力监测网络仪表作为智能从站，来监控现场设备的电流、电压、功率等各种电力参数，组态时需要设置它的网络地址，通讯速率以及输入输出参数长度等;网络设置时，需要设置相应通信模块cp342-5作为通信主站，同时设定它的profibus地址，通讯速率及mpi地址等参数。组态完毕后，编译无误，下载到plc控制器中去，即完成整个系统监控层的硬件组态开发设计。硬件组态配置如图2所示。

　　1.系统程序设计

　　开始设计系统软件程序时，首先新建一个的项目(例adc)，step7会自动建立s7程序的目录结构，并建立一个空的ob1，用来编写系统循环调用的主程序，如图3所示。

　编写ob1时，双击打开ob1系统块，首先选择合适的编程语言，比如梯形图语言，根据工作任务要求调用系统提供的标准功能块，来完成从站的软件编程设计，如通过系统功能块可以完成分布从站仪表数据的接收及从站仪表是否在线工作诊断等。在主程序中，接收或发送数据使用db块。db块是用来存储系统数据的数据块，在db块使用之前，需要定义它的存储类型，大小等参数。在系统运行时，如果想在线监控db存储区中的数据，则可以建立一个数据变量表vat(如图3中的vat_1)，并在vat中添加需要监控的数据变量地址，程序在线运行时，即可观察到存储区的数据内容，这样整个监控层的就设计完毕，编译无误，即可与系统的网络组态分别下载到plc控制器中正常工作。

　　2.人机界面(hmi)的开发设计

　　人机界面(hmi, human machine interface)的开发采用力控组态软件来完成。在设计过程中，首先需要开发专门的仪表驱动程序，并将其添加到力控组态软件的i/o驱动列表中。进行组态时，建立一个新的i/o设备连接，并设定好plc的属性，然后在力控实时数据库系统中进行数据连接组态。在profibus网络通信中，各从站的参数信息已传输到主站中，故只需建立起力控组态环境中的各个点参数与plc数据块中参数变量的对应连接，力控软件便可间接读取各个从站的参数信息，从而使组态画面完成对各个现场从站设备的监控。力控软件还提供了远程访问功能，使用户可以通过网络远程查看系统中各个现场设备的参数数据。

　　结束语

　　济南国际机场航站楼电力参数监控系统已经投入运行，实践证明，该系统采用profibus网络技术来实现分布式监控，网络速度快、可靠性高、具有良好的可扩展性、抗干扰能力强、同时节约了安装、调试和设备维护的费用，提高了系统功能和管理水平。

   1 引言 

　　浆纱机的张力大小直接影响产量。旧式浆纱机采用机械式传动机构，张力调节范围较窄。随着设备的老化机械零件的磨损，张力逐渐下降。更换机械零件不便及费用的居高不下促使企业下决心对其进行改造。

　　(1)改造对象：浆纱机——大雅兴业股份有限公司生产。

　　(2)改造思路：改造浆纱机织轴张力控制系统由变频器控制，使其张力大小易于调节;改造控制系统，使其半自动化，更易控制、方便监视、减少维修量。

　　2 改造方案

　　将浆纱机织轴张力控制系统由原来的机械张力控制改为由艾默生plc、变频器td3300系统集成控制。拆除浆纱机织轴的机械传动装置，将原浆纱机动力电机(22kw)经新增传动减速装置直接拖动浆纱机织轴，新增一普通电机(11kw)取代原动力电机拖动原系统的其他部分(精轴、锡林、压辊等)。保留浆纱机上的一次传感器。电控系统改造方案如图1所示。主要新增设备如表1所示。

　　表1 新增设备表

　　3 方案实施

　　3.1 砂浆机工艺参数

　　大雅浆纱机设备及工艺参数：车速(线速度)2~60米/分。一般正常车速38米/分。张力2000~5000牛/米。织轴空芯卷径116mm、220mm两种。织轴大卷径(满轴)小于500mm。主电机 y系列普通电机 4极 11kw。织轴电机 y系列普通电机 4极22kw。

　　3.2 传动参数设计

　　(1)计算张力电机到织轴的减速比：减速比<=织轴空芯卷径×3.14×电机额定转速/大车速(线速)=(0.116×3.14×1460)/60=8.87

　　(2)复核电机功率：电机功率>=(大张力×电机额定转速×大织轴半径)/(传动比×9549)=(5000×1460×0.25)/(8.87×9549)=21.5kw

　　(3)确定参数：经计算减速比应确定为8.8左右。厂方在改造时受自身条件影响，决定将减速比提高到1。大车速=织轴空芯卷径×3.14×电机额定转速/减速比=(0.116×3.14×1460)/1=40.46经厂方确认大车速满足工艺要求。随确定减速比为1。速度编码器选用600线旋转编码器，一并交厂方安装。(建议旋转编码器选用600线以上产品，太低影响系统性能;安装时要小心不要对其实施太大的冲击，以免损毁。)

　　(4)主变频器参数设定(如表2)：根据浆纱机实际情况张力控制系统的主机变频器选择无速度反馈开环矢量控制方式的td3000-t40110g变频器。变频器采用端子控制。

　　表2 主变频器参数设定表：(未涉及的参数采用出厂设定)

　　(5)张力变频器参数设定(如表3)：张力变频器(td3300-4t0300g)采用开环张力转矩模式(f3.06=3)，线速度采于主变频器的运行频率输出。控制方式同样采用端子控制方式。

　　表3 张力变频器参数表：(未涉及的参数采用出厂设定)

　　3.3 触摸屏组态

　　触摸屏选用hitech pws6600-s屏。为了提高系统的时效性能，plc与其交换数据的地址尽量选择一组连续的plc地址。组态画面图如图2所示。

　　4　plc编程设计

　　4.1 接口硬件

　　如图1所示，plc是整个控制系统的中枢，由于浆纱机无现场模拟量输入输出故选用一台主机即可。本案选ec20-3232bra。其主要任务为控制两台变频器的动作并通过rs485通讯端口与变频器交换数据(考虑到通讯的延迟及准确性，开关量不采用通讯方式。数据交换采用周期读取模式并控制在1秒内)。

　　开关量包括主变频器运行停止动作(按钮控制);主变频器升降速动作(按钮控制);张力变频运行停止动作(保持型按钮控制);张力变频张力使能(为检修特设);张力变频卷径复位(按钮控制);确定打印输出。

　　通讯数据根据光电开关计算的车速(现速度);计算总长;计算匹长;计算匹数;读取张力变频器张力值;读取张力变频器计算的卷径值;改变张力变频器张力设定;改变张力变频器初始卷径;长度、匹数清零;确定系统所处的状态。

　　4.2 编程设计

　　大雅浆纱车车头装有一个测量行车长度的光电开关。经检测其输出脉冲为10公分一个脉冲。对于测量匹长完全满足工艺要求，但用于测量车速其刷新速度必然很慢。因此增加一个外部中断检测两个脉冲的间隔时间，换算出行车速度。

　　变频器td3300通讯，读取张力、卷径数值，

　　5 张力变频器调试

　　5.1 参数设置

　　为保证参数的准确性，将艾默生td3300-4t0220g工程型矢量变频器参数初始化，恢复出厂设置。控制方式选择 f0.02=1(闭环矢量控制)检查编码器是否正常。fb.00=600;按运行键，查看运行是否正常。如果变频器只在2hz左右工作或启动过流，显示电流很大。则可能是编码器接线错误、每转脉冲错误、编码器的方向反等原因;如果是低速运行正常，高速过流则可能是编码器的联轴器松动高速打滑的原因。设定机械传动比：

　　f1.00=1(一定要准确)。电机调谐：按照电机设定电机参数。电机调谐时必须断开电机与负载的连接。调谐过程是自动完成的，如果调谐时电机长时间不能转动起来，说明电机参数严重不符或电机有故障。重新输入电机参数或更换电机。电机方向确认：一般定义为fwd控制时电机的运行方向为实际需要的方向。惯量调谐：将电机与负载(减速系统)断开(空载)调谐。

　　首先用默认参数调谐。完毕后将加减速时间1设为20秒，惯量自学习转矩设定1设定为10%，惯量自学习转矩2设定为20%，再进行调谐。完毕后，参数自动保存在fc.09——fc.12中。记录fc.09——fc.12的参数值，然后将fc.09——fc.12参数清零，待初调系统稳定后再输入。

　　5.2 张力控制试车

　　不挂纱测试整车按钮动作是否正常，并排除故障。通过触摸屏输入初始卷径、设定张力;查看触摸屏显示数值是否与变频器显示的数据一致。上纱。设定张力值为1000;启动主变频低速运行;上轴;手动将纱线绕轴一周并绷紧纱线;启动张力变频。查看张力是否合适。停车。修改设定张力。重复3至5步。直到满足工艺要求(注意：修改张力一定要停车)。

　　5.3 输入参数fc.11材料惯量补偿系数

　　fc.11用来补偿系统加减速过程中克服材料转动惯量所需的额外转矩，设定参数应为材料密度与卷轴长度的乘积，材料密度的单位为千克/米，卷轴长度单位为米。实际操作时输入计算值的1/3，并根据系统运行情况调整。本系统输入fc.11=200.

　　注意：此参数输入后有可能导致卷轴反转，手动调整此参数可避免反转。

　　5.4 调试中出现的问题

　　(1)惯量调谐电机不转：惯量自学习转矩设定1与惯量自学习转矩设定2数值偏小，适当加大即可。

　　(2)系统低速时抖动：浆纱机开车过程中在操作工整理纱线、换轴时不准停车，而是运行在一个特定的爬行速度。此速度主变频运行在2hz以下。此时张力变频器工作在开环张力转矩模式不满足张力变频器工作条件。由于速度很低纱线行走长度有限，经用户确认不影响整体工艺要求。

　　(3)换轴时加张力绷断纱线：此故障为操作工操作不当引起。换轴没有按规定按下卷径复位按钮。

　　6 结束语

　　浆纱是棉纺织厂整理车间的重要工序。合理的浆纱张力对织布、印染等后续工序影响巨大。随着企业的发展及市场的变化，石家庄常山纺织集团第五分公司根据自身的工艺要求，提出了对旧式的大雅浆纱机改造的要求，项目实施取得预期效果。