重庆西门子S7-1500PLC模块代理（欢迎您）

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MM440变频器的控制

    选择MM440变频器对电动机进行一对一的控制，并通过其PROFIBUS模块实现与主站PLC的DP通信。通过对负载转矩及电动机容量的计算，选择三相交流额定电压为380V、额定功率为22kW的MM440变频器。

    1．变频器的参数设置

    考虑定氧加铝在炼钢工艺的重要性，以PROFIBUS-DP总线控制为主，以控制柜面板手动开关按钮控制为辅的控制方式，即总线控制与手动控制两种控制方式对变频器进行控制。因此在设置变频器参数时需要设置两组参数，一组用于手动控制，一组用于自动控制，变频器的第五个数字输入为自动与手动控制切换的信号。自动控制时选择CDS1与DDS1，命令源选择COM链路的通信板，输出频率通过COM链路的CB设定，参数设置如表7-6所示。手动控制时选择CDSO与DDSO，命令源选择端子排并且以固定的频率输出，选择四路数字输入和两路数字输出，参数设置如表7-7所示。

    2．S7-300对MM440的控制

    S7-300主要通过PROFIBUS总线对变频器进行控制，PLC发送控制字并接收变频器的状态字。在STEP 7软件中进行硬件组态，选择MM440的PPO类型1，设置各变频器的总线站地址。建立数据块DB1～DB4分别与各MM440的PKW和PZD对应，用以存储各自的通信数据。后调用DP读／写系统功能块SFC14/SFC15来完成PLC与各MM440之间控制字／状态字、主给定／主实际值的通信。电动机正转时，变频器的控制字为847F，此时状态字为FB34;电动机反转时，变频器的控制字为8C7F，此时状态字为BB34;电动机停止时，变频器的控制字为847E，此时状态字为FA31。该控制系统与原系统的运行效果对比如表7-8所示。由表可见，新系统具有良好的精确性和快速性。

表7-8运行效果对比

PLC、变频器及现场总线技术在定氧加铝自动控制系统中的应用，大大提高了系统的自动化水平，大幅度提高了系统生产的连续性、准确性和可靠性，较大地改善了系统的传动性能，并减少了电动机启动电流和制动电流对电网的冲击。通过对旧的自动化系统的成功改造，配合定氧加铝的*模型加铝计算法，使钢水中氧含量达到控制范围内，改善了钢水的成分，提高了钢水的质量与产量，取得了良好的效果。

  1．系统工艺原理

本定氧加铝控制系统电气控制原理图如图7-25所示，定氧加铝的工艺过程如下：钢水出炉到达加铝站后，首先通过定氧仪测出钢水中的含氧量，并在上位机中设置加铝参数，同时发出一个启动信号，PLC接收到启动信号后，立即伸出支撑杆，准确定位到钢水上方并延时2s;接着PLC发出压下齿轮信号，以便传动电动机以1.42kg/s的速度带动铝线运动及传感器工作；然后PLC发出启动电动机信号，通过发送控制字到变频器及读变频器的状态字来控制电动机，计数模块开始计数；后计数达到时，PLC发出停止信号，控制系统所有设备立即复位。

图7-25  定氧加铝系统示意图

    2．控制系统的配置

    控制系统由以下几个部分组成。

    ①主站PLC。由于系统的控制规模不大，故选用S7-300 PLC( CPU315-2DDP)。

    ②分布式I/O。选用模块化的ET200M从站，带DP接口模块。

    ③总线传输介质。包含光纤和RS-485总线连接器。

    ④变频器。选用西门子MICRO MASTER440 (MM440)变频器，带PROFIBUS模块和制动电阻。

    ⑤传动设备。异步电动机及减速箱、齿轮。

    ⑥主要I/O设备。电磁阀、开关按钮、指示灯、传感器及控制柜的显示仪表。

    3．系统网络结构

本系统PROFIBUS-DP现场总线形成FCS系统，配以西门子组态软件开发的上位机监控界面，另外开发了一个数据传送程序，将现场生产的数据传送到计算机中心，使得各车间和生产职能部门能够通过网络直接了解到加铝的全过程，提高了全厂的生产效率。其网络拓扑结构图如图7-26所示，以S7-300 PLC作为DP主站，通过远程分布式I/O从站ET200M对现场所有DI/DO、AI/AO设备进行连接与控制，同时主站通过DP总线与MM440变频器进行通信，实现对传动电动机的远程控制。

    4．系统控制原理

    该系统具有手动和自动两种控制功能。当PLC控制柜上的手动／自动选择按钮在手动状态时，通过观察控制柜面板上的计数仪表及人工操作控制按钮进行控制；当PLC控制柜上的手动／自动选择按钮在自动状态时，主要以通信方式实现上位机对现场的控制。上位机通过CP5611与PLC进行通信，对CUP315-2DP发送控制指令，控制并监测整个加铝过程。

    CPU315-2DP通过PROFIBUS总线与变频器进行通信来实现对现场的控制。按VDI/VDE3689的规定，PROFIBUS-DP通信的数据结构可以是PPO类型1或者是PPO类型3，其含义实际上就是发送的数据总是过程数据(发送报文中的控制字( STW)、设定值(HSW)和接收报文的状态字(ZSW)、实际值(HIW))。通信报文的PZD区（过程数据区）是为控制和监测变频器而设计的。在主站和从站中收到的PZD总是以高的优先级加以处理。处理PZD的优先级高于处理PKW的优先级，而且总是传送接口上当前的有效数据。数据的结构和PPO的类型通常由主站确定。PROFIBUS总线以类似于USS协议的方式对变频器进行控制和监测。控制系统程序流程图如图7-27所示。

S7-300在本系统中作为控制装置，起主要作用。CPU315-2DP集成了DP口，避免增加模块提高成本。PLC自身具备智能保护功能，防止系统因外部原因导致的不稳定。PLC不仅通过数字输出对阀门控制外，更重要的是能够通过总线控制方式对变频器进行控制，降低了成本，减少了系统的故障点。PLC还可以通过MPI接口从上位机接收控制指令，实现了工业以太网络控制。PLC程序设计采用了“结构化”、的编程方式，即按照系统任务和设备划分为若干个功能块，包括计数功能块（读取高速计数模块的数据并处理）、总线功能块（发送变频器的控制字并接收变频器的状态字）、1号铝线机功能块（1号铝线机的支撑与压下的动作及与上位机的数据交换）、2号铝线机功能块（2号铝线机的支撑与压下的动作及与上位机的数据交换）、通信功能块（PLC与上位机之间的通信）、系统初始化功能块（系统进行复位），这些功能块按照控制要求相互配合并为主循环程序(OBl)调用。

由于本条生产线分印刷和糊口2个部分，分别由2台电动机拖动，每台电动机配备1个ACS800变频器；底贴部由1台色标电动机拖动，并配备1台ACS800变频器与糊口主电动机同步运行，其底贴的长度可以从触摸屏设定。生产时，糊口电动机为主单元，印刷电动机、色标电动机为从单元，总体的车速快慢，*由糊口主电动机决定。生产过程中从单元要随时调整速度，保持与主单元同步运行，即在两个工段中，编织袋保持*的线速度。为了保证电动机的同步运行，在印刷部切刀处、糊口转向处、底贴处安装接近开关，其信号由带诊断功能的SM321采集并送给PLC．并且给每台电动机配备一个增量式旋转编码器，实现单回路PID闭环控制，其控制原理如图7-23所示。

图7-23控制原理图

图7-23中SGi和SG2为一组接迸开关信号时间（如糊口与印刷信号），其主要用于确定电动机的具体位置；VSP为主电动机（糊口电动机）给定速度；TA为根据生产要求所设定的从电动机同步时间，本条生产线车速为60袋/min。所以从电动机的同步时间不能超过1s，一般取900ms;P为主从电动机速度比，不同的生产工艺比值不同，需要根据实际的生产工艺进行测量，即P=N1 /N2，  (N1和Ⅳ2分别为2台电动机给定值)，BP为变频器；M为三相异步交流电动机；ED为旋转编码器；N电动机实际转速。假设△S为同步允许位差范围，根据主／从电动机负载上的接近开关信号时间，可以得出主从电动机的实际位差e= VsP|SG1 - SG2|，若vsP|SG1 - SG2|< △S，则系统同步，不需要调节；反之则系统不同步。计算同步速度补偿量，进行同步补偿。

图7-22  同步控制算法

由图7-22很容易得出从电动机的补偿速度

从电动机变频器得到的终的调整速度

由式(7-4)得的结果不断地修正变频器的给定速度，编码器检测到的实际速度与此修正后的给定速度相比较，来调整实际速度的大小，以满足工业生产要求。实际的控制结果如图7-24所示。

图7-24  电动机运行实际曲线

    可以看出，从电动机与主电动机在启动、停止、加速、减速过程中都具有较好的同步性，它们的大时差不超过100ms，*可以满足工业控制要求。

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