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PROFIBUS技术在卷料横剪生产线中的应用

PROFIBUS技术在卷料横剪生产线中的应用

2007/8/2 9:31:00
摘要:以卷料横剪生产线为例,介绍了其电控系统的主要组成;重点阐述了PROFIBUS网络的特点、应用及其在通讯过程中的数据传输规则。 Abstract:Take the coil cutting line for example; the composition of its electrical system has been introduced with the emphasis on the feature, application and the transport rules in the communication of the PROFIBUS. 关键词:卷料加工;卷料横剪生产线;PROFIBUS技术 Keywords: Coil machining; Cutting line for coil; PROFIBUS technology 1. 前言 随着我国人民生活水平的提高,计算机、家电、汽车等产品需求量的不断加大,其基础材料――卷料的产量增长迅速,人们对卷料初步加工设备(以下简称卷料加工设备)的数量和质量要求也越来越高。卷料加工设备包括开卷校平定尺剪切生产线(以下简称横剪线)和开卷纵剪收卷生产线(以下简称纵剪线)。此工序较高的加工精度不仅能够提高卷料的利用率、节约成本,更为后续工序的精加工提供了前提。 上个世纪80年代卷料加工设备的电控系统就已经普遍采用可编程逻辑控制器(PLC)的成熟功能,减少了工人数量,降低了工人的劳动强度,实现了少人职守的目标,并且保证了最终板料的产量和质量。现在,现场总线PROFIBUS技术的应用更是减少了设备本身繁多复杂的电缆连接,使得现场线路更加清晰、简单;更重要的是,它将本来在生产线中独立的各个单元联系起来,技术人员可以直接通过一台便携式PC在主站读取各从站内部的参数并对之作技术分析,使得控制更加方便快捷。本文针对卷料横剪线的特点,对PROFIBUS技术在其中的应用进行了初步阐述。 2. PROFIBUS网络的特点 PROFIBUS(Process Field Bus)是一个既简单,又便宜并且有较高传送速度的设备,作为一种总线标准,具有开放性、国际化、不依赖于设备生产商等特点。现在,PROFIBUS现场总线已经实现了数字和模拟输入/输出模块、智能信号装置和过程调节装置与PLC和PC之间的数据传输,把I/O通道分散到实际需要的现场设备附近,从而使整个系统的工程费用、装配费用、硬件成本、设备调试和维修成本减少到最低。 由PROFIBUS构成的兼容网络系统可应用于不同的场合,分为PROFIBUS-FMS,提供强有力的通信功能;PROFIBUS-DP,特别适合可编程控制器与现场分散的I/O设备之间的通信;PROFIBUS-PA,用于安全性较高的场合,允许对设备进行完全的内部操作。 在卷料加工生产线的电控系统中,控制对象大部分为开关量点,而且比较集中地分布在几个位置,非常适于采用现场总线PROFIBUS-DP控制。本文中,我们将以卷料横剪生产线为例讲述。 3. 电控系统设备及结构配置 现在卷料横剪线基本配置如图1所示,主要包括开卷部分、校平部分、定尺剪切部分、输送部分和码料部分。具体工艺流程如下: 上料装置→卷料放料装置→校平装置→板料缓冲装置→伺服定尺送进装置→横剪装置→板料输送装置→板料吹风装置→码料装置。
校平装置、横剪装置、板料输送装置和板料吹风装置需要根据生产需要或者板料的不同规格调整运行速度,所以选择变频器控制,其调速简单方便,负载性能好,价格较低;定尺送进装置采用伺服控制,可以实现高速度、高精度生产;另需要配备触摸式显示屏作为人机界面。 在现场控制设备选型时,考虑成本、控制稳定性及应用普及率的综合优势,最终选择SIEMENS公司产品。 按照卷料横剪工艺要求,整条生产线共划分为10个单元,其中主站采用S7-300产品,CPU选型为带内置DP口的CPU;I/O从站共有3个,因控制对象大多为开关量,I/O从站确定为ET200M产品;人机界面选用SIEMENS TP270,接口简单、画面友好、编程方便,作为PROFIBUS总线的1号站;伺服驱动选用SIEMENS MASTER MC系统,选型时带有PROFIBUS通信接口;其余4个从站为带有PROFIBUS模板的变频器,各从站都分别定义为不同的网络地址号,其系统结构图如图2所示。
4. PROFIBUS现场总线主站和从站之间的数据传输 4.1 PROFIBUS传输规则 PROFIBUS传送速度可在9.6kbaud~12Mbaud范围内选择,且当总线系统启动时,所有连到总线上的设备应该被设成相同的速度。总线按令牌方法进行存取,即在一个逻辑环中,激活的了主站取得了在一个确定时间窗口的发送资格。在这个时间窗口中,主站与其他主站或与下一级主-从过程中的从站进行通讯。PROFIBUS-DP主要使用主-从方式,通常周期性地与传动装置进行数据交换。 4.2 横剪线控制过程 在横剪线中,主站需要从各从站读取如到位指示、速度、电流等二进制开关量和以字为单位传送的数据,然后利用PLC程序对这些数据进行分析,再根据分析结果向各从站发出执行信号和命令数据。 正常运行时,人工设定定尺送进(即伺服)的速度和定尺长度,此速度作为全线主要速度指标,再根据定尺长度自动给定校平机的送料速度和横剪机的剪切速度,并将校平机、伺服、横剪机、出料皮带和吹风装置的速度从各驱动装置读取出来,再显示在人机界面上作为操作人员的参考数据。这些数据的分析和给定都由PLC程序完成。 数字量命令的运用非常常见,也比较简单,我们不再累述。这里主要讲述数据字在PROFIBUS中的传输。 PROFIBUS传输中的可用数据结构被定义成PPO(即参数过程数据对象),分为PZD(即为过程数据)和PKW(即参数识别值)两部分,其中PZD部分包括控制字、设定值、状态字和实际值,是我们在本例中实际应用的部分。 4.3 程序的编写 本线中,校平机的速度要根据伺服的速度作相应的调整,以达到卷料给定平稳的目的,变化多,调速范围大,有典型的代表性。下面以校平机速度读取为例讲述。 4.3.1 对PZD(过程数据)的读写 在STEP7软件中对硬件组态完毕后,即可对PZD进行读写。步骤如下: a.在Step7中对PZD读写参数时调用SFC14和SFC15; b. SFC(DPRD_DAT)用于读Profibus从站(变频器选型代码为MM440)的数据; c. SFC(DPWD_DAT)用于将数据写入Profibus从站(MM440); d. 硬件组态时PZD的起始地址:W#16#108(即264); 4.3.2 建立数据块DB 将数据块中的数据地址与从站(MM440)中的PZD、PKW数据区相对应。
4.3.3 数据分配 在OB1中调用特殊功能块SFC14和SFC15,完成从站数据的读和写:
其中: LADDR 表示:硬件组态时PZD的起始地址(W#16#108即264); RECORD 表示:数据块(DB8)中定义的PZD数控区相对应的数据地址; RET_VAL表示:程序块的状态字,可以以编码的形式反映出程序的错误状态等。 ①W#16#108(即264)是硬件组态时PZD的起始地址; ②将从站数据读入DB8.DBX0.0开始的4个字节(P#DB8.DBX0.0 BYTE4) PZD1→DB8.DBW0 (状态字) PZD2→DB8.DBW2 (实际速度) ③将DB8.DBX4.0开始的4个字节写入从站(P#DB8.DBX4.0 BYTE4) PZD1→DB8.DBW4(控制字) PZD2→DB8.DBW6(给定速度) 4.3.4 控制实现
本例中,设定值和控制字可以从数据块DB8中传送,控制字DB8.DBW4设为047F,给定速度值5000送入DB8.DBW6;状态字和速度实际值可从DB8.DBW0和DB8.DBW2中读出。 ①控制命令W#16#047F(含义见附录1),启动变频器运行; ②给定速度5000含义是500.0 rpm(根据现场电机转速决定)。
5. 系统特点 采用PROFIBUS技术后,与传统的电控系统比较,该系统具有以下几个特点: a.系统设计更加方便,免去了PLC输入/输出的大量原理图、接线图的设计,出图量大大减少,控制柜内设计、布线、装配也更加简便,加快了设计、生产周期。 b. 组态、调试更加容易,无需其他特殊软件,在S7软件包中,用鼠标拖拉即可完成PROFIBUS-DP的组态,不需要额外费用,设备故障就可以通过总线报告,故障定为更加方便。 c. 维护简单,区域性划分子站和模块化组件的应用,以及强大的故障诊断能力,都为日后设备的维护带来极大的便利。 d. 便于扩展和信息集成,PROFIBUS的使用将孤立的单元带进了信息化网络中,为今后系统扩展和企业综合自动化的实现打下了良好的基础。 e. 最终用户工程造价降低,PROFIBUS技术的使用,节省了大量的线缆、桥架、端子排、柜体等,培训和维护费用减少,这些都降低了工程总造价。下表显示了传统横剪线电控系统与使用PROFIBUS系统部分材料使用比较。
6. 结束语 PROFIBUS技术在二十世纪九十年代开始就已经成功应用于卷料加工生产线了,特别是上海某钢厂的3×1600mm卷料横剪生产线和3×1800mm卷料纵剪生产线的控制系统中,现场设备的控制全部采用了PROFIBUS技术,得到了用户的高度评价。尤其是与传统集中控制比较,在系统设计、安装调试、维护及扩展方面都具有十分明显的优势。PROFIBUS技术在制造业的成功应用具有典型意义,为其他行业的自动化项目提供了一种理想的解决方案,应得到更为广泛的推广。 【参考文献】 [1] 崔坚,李佳,《西门子工业网络通信指南》,机械工业出版社,2005 [2] 西门子(中国)有限公司自动化与驱动集团,《标准驱动产品通讯手册》 2004 [3] 西门子(中国)有限公司,《工业通讯网络及现场总线部件》,2005 作者简介:刘吉霞,女(1978-<
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