基于SIEMENSPLC的PROFIBUSDP現(xiàn)場(chǎng)總線在涂裝生產(chǎn)線自動(dòng)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

1、基于SIEMENSPLC的PROFIBUSDP現(xiàn)場(chǎng)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(kāi)發(fā)了基于現(xiàn)場(chǎng)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(chǎng)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(chǎng)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(chǎng)總線概論12.1PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線 1 2.2闡述PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)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(guò)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(chǎng)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(shuō)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(duì)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(kāi)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(chǎng)總線在20世紀(jì)80年代中期逐漸發(fā)展起來(lái)?，F(xiàn)場(chǎng)總線是應(yīng)用在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)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(kāi)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(guò)程現(xiàn)場(chǎng)總線Process Field Bus的縮寫。它已成為應(yīng)用廣泛、技術(shù)成熟的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)場(chǎng)總線之一,廣泛應(yīng)用于加工制造、過(guò)程和樓宇自動(dòng)化等領(lǐng)域。本文介紹PROFIBUS-DP現(xiàn)場(chǎng)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(chǎng)總線概論 現(xiàn)場(chǎng)總線是安裝在生產(chǎn)過(guò)程區(qū)域的現(xiàn)場(chǎng)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(guò)程”包括斷續(xù)生產(chǎn)過(guò)程和連續(xù)生產(chǎn)過(guò)程兩類或者現(xiàn)場(chǎng)總線是以單個(gè)分散的數(shù)字化智能化的測(cè)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(chǎng)總線 PROFIBUS符合IEC 61158和 EN 50170標(biāo)準(zhǔn),是一種國(guó)際化的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議。S7-300通過(guò)通訊處理器,或通過(guò)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(guò)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(chǎng)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(chǎng)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(kāi)放化可以直接有效地與現(xiàn)場(chǎng)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(lái)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(guó)際性的開(kāi)放的現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)。 A.PROFIBUS 標(biāo)準(zhǔn)EN 50170 是完整的開(kāi)放的與制造商無(wú)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(guò)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(duì)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(kāi)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(wèn)協(xié)議第二層對(duì)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(kāi)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(jiǎn)圖以表示其開(kāi)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(jiǎn),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(lái)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(qǐng)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(guò)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(yè) 下一頁(yè) 上一頁(yè)上

11、一頁(yè) 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(yè) YES 加熱箱 二 YES NO YESNO 清漆烤爐冷區(qū)YES NO YES 上一頁(yè) 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(kāi)到位 下一頁(yè) 上一頁(yè) YESNO YES NO 未打開(kāi) 開(kāi)到位下一頁(yè)上一頁(yè)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(kāi)到位YES NO 下一頁(yè) 上一頁(yè) YES NO YES NO 下一頁(yè) 上一頁(yè)

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(kāi)到位 YES NO YES 下一頁(yè)上一頁(yè) NO YESNO 下一頁(yè)上一頁(yè) 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(yè)上一頁(yè) 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(yè) 上一頁(yè)60S60S 自動(dòng)停止順序60S120S60S

13、上一頁(yè) 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(lái)控制滑撬小車的行走,而傳感器則是通過(guò)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(guò)接近開(kāi)關(guān)送給PLC的。在全長(zhǎng)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(guó)倍加福公司生產(chǎn)電感式接近開(kāi)關(guān),在本案中主要是使用它來(lái)檢測(cè)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(chǎng)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(guò)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(zhǎng)約700米,各種接近開(kāi)關(guān),溫度傳感器,風(fēng)壓檢測(cè)開(kāi)關(guān),水壓檢測(cè)開(kāi)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(zhǎng)。 為了解決涂裝線的這種流程工藝較長(zhǎng),且信號(hào)較多等這也些特點(diǎn)我們引進(jìn)了PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線來(lái)解決這些問(wèn)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(guò)程變量的同時(shí)可將儀表標(biāo)

15、識(shí)符和簡(jiǎn)單診斷信息一并傳送,可以產(chǎn)生最先進(jìn)的現(xiàn)場(chǎng)儀表,多變量變送器;提高了測(cè)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(chǎng)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(chǎng)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(guò)EM277模塊和PROFIBUS總線相連。在S7-300種可以對(duì)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(guò)IM-153

17、接口與PROFIBUS-DP現(xiàn)場(chǎng)總線連接。對(duì)于SIEMENS STEP7開(kāi)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(chǎng)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(kāi)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(shuō)明變頻器與西門子的通訊過(guò)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(shuō)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(shuō)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(shuō)明控制端子排序圖X1X2X3X4X5COX6X7X8Y2Y1P24VRFVCIGNDCCIFMAMFWDCOMREVTATBTC端子說(shuō)明端子記號(hào)端子功能說(shuō)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(cè)速輸入SM1多功能輸入選擇8或

20、測(cè)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(duì)應(yīng)的功能見(jiàn)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(kāi)路集電極輸出1開(kāi)路集電極輸出2Y1,Y2對(duì)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(shuō)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(kāi)變頻器故障:TA-TC閉合,TA-TB斷開(kāi)接點(diǎn)額定值250Vac-2A,30Vdc-1A 多功能輸入選擇功能表內(nèi)容對(duì)應(yīng)功能內(nèi)容對(duì)應(yīng)功能0無(wú)功能13頻率遞減指令DOWN1多段頻率端子114簡(jiǎn)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(kāi)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(kāi)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(cè)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(duì)X7輸入有效)10外部反轉(zhuǎn)點(diǎn)動(dòng)運(yùn)行控制輸入JOGR23測(cè)速輸入SM1(僅對(duì)X7設(shè)定單項(xiàng)測(cè)速輸入11自由停車輸入24測(cè)速輸入SM2(僅對(duì)X8設(shè)定)12頻率遞增指令UP開(kāi)路集電極輸出功能表(F128,F129)內(nèi)容對(duì)應(yīng)功能內(nèi)容對(duì)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(cè)信號(hào)(FDT)8變頻器零速運(yùn)行中3過(guò)載早期預(yù)警信號(hào)9簡(jiǎn)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(jiǎn)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(guò)FWD或REV與COM來(lái)控制。特別是在頻繁起停的應(yīng)用場(chǎng)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(gòu)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(kāi)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(jiǎn)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(duì)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(kāi)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(wú)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(lái)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(duì)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(lái)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(lái)固定旋轉(zhuǎn)編碼器的軸承與電機(jī)的轉(zhuǎn)軸相對(duì)并且在一條直線上,然后有彈性較高彈簧來(lái)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(duì)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(wèn)題,連線時(shí)要注意電氣柜電源要斷開(kāi),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(guò)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(guò)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(lái)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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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(shuō)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(cè)轉(zhuǎn)速和方向,應(yīng)選擇雙相輸入,如果只需要檢測(cè)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(lái)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(duì)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(duì)于閉環(huán)給定值勤的最大偏差率,主要對(duì)經(jīng)過(guò)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(duì)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(duì)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(wú)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(guò)程中要注意的事項(xiàng)以及出現(xiàn)的問(wèn)題: 首先要絕對(duì)值注意連接線時(shí)的安全問(wèn)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(guò)程中要反復(fù)試驗(yàn),爭(zhēng)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(shì)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(lái)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(jiǎn)明

35、性,不可隨意的放置線路。出現(xiàn)的問(wèn)題:因?yàn)榱私獠蝗鎸?dǎo)致有關(guān)X6,X7,X8的參數(shù)沒(méi)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(guò)長(zhǎng)造成反饋和起動(dòng)時(shí)間過(guò)長(zhǎng);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(guò)程中電機(jī)事業(yè)電,經(jīng)過(guò)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^(guò)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(guò)程中電機(jī)的轉(zhuǎn)速出現(xiàn)來(lái)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(guò)參數(shù)規(guī)定的范圍,對(duì)不要求設(shè)置的參數(shù)最好不要設(shè)置,對(duì)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(duì)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(duì)策 現(xiàn)場(chǎng)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(chǎng)總線適配器上電正常運(yùn)行后,該燈應(yīng)處于長(zhǎng)亮狀態(tài)。如果指示燈滅,

37、表示電源部分有問(wèn)題,請(qǐng)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(chǎng)總線適配器的程序運(yùn)行不正常,請(qǐng)給現(xiàn)場(chǎng)總線適配器重新上電。RS485:該燈表示變頻器與現(xiàn)場(chǎng)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(zhǎng)亮狀態(tài)。如果出現(xiàn)熄滅的情況,請(qǐng)檢查現(xiàn)場(chǎng)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(chǎng)總線適配器與PROFIBUS主站之間的通訊狀態(tài)。正常時(shí),處于長(zhǎng)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(cè)。如果閃爍,請(qǐng)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(duì)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(kāi),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(cè)到從站。若沒(méi)有檢測(cè)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(méi)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(cè))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(cè)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(kāi)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(duì)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(zhǎng),現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際管理很不方便。為了能對(duì)現(xiàn)場(chǎng)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(kāi)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(duì)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(duì)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(kāi)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(jiǎn)述:如下圖六畫面是本設(shè)計(jì)的監(jiān)控系統(tǒng)的開(kāi)始畫面,其功能可以來(lái)回切換于各個(gè)畫面,以對(duì)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(lái)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(guò)此畫面可以看出輸送機(jī)與過(guò)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(kāi)SIMATIC Manager對(duì)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(guò)此畫面我們可以根據(jù)自己的生產(chǎn)計(jì)劃來(lái)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(duì)各個(gè)設(shè)備的運(yùn)行情況的一種監(jiān)控,如圖11所示圖