新余西门子主机模块代理商 **原装正品

根据上述工艺流程，为了**产品质量和成品率，控制系统的设计非常关键。本生产对控制系统的具体要求是：控制系统必须严格**印刷电动机、底贴色标电动机与糊口主电

动机同步。能根据主／从电动机实际的位置不断校正从电动机转速，使其与主电动机同步；**主／从电动机启停和加减速时的响应时间差不**过200ms，为此，采取如下总体控制方案。

采用西门子CPU313C-2DP为核心的控制系统，配备1个触摸屏，1个糊口操作台、1个印刷操作台、1个变频柜。触摸屏采用西门子SIMATIC TP270B并作为人机界面，主要完成工艺参数的显示、控制参数的设置、控制操作、历史数据的记录等；以糊口操作台为主站，配备1个CPU313C -2DP，2个DO和1个带诊断功能的DI扩展模块，主要完成现场同步信号的采集、工程单位变换、回路控制和连锁控制算法、控制信号输出等功能；印刷操作台通过ET200M与主站进行通信，并配有2个DO，1个AI，1个印刷变频器，主要完成现场温度的采集、电动机连锁控制的输出、急停等；变频柜装有4台变频器，每台变频器通过专用通信卡与S7-300站进行通信。实现电动机启停和加减速控制；所有工作站之间的通信都采用PROFIBUS-DP现场总线来实现。本控制系统的硬件组成如图7-20所示。

该生产线利用聚丙烯编织布(PP)、聚乙烯薄膜(PE)等材料作为制袋布。袋长660～1020mm任意调节，袋宽450～700mm任意调节；90～180mm规格任意调节。采用4套色印刷。生产速度60袋/min，包括印刷和糊口2个工段。包装机的工作流程示意图如图7-19所示，印刷工段主要负责将编织袋卷进行塑编袋4种颜色的正反面着墨印刷，印刷后的编织袋通过烘干部，将其墨迹烘干，在切断部，通过切刀按照设定的袋长进行切割。然后经送袋部袋子进入糊口工段并转向，在阀口部将其袋口打开并折叠，底贴部主要负责袋口的粘贴并成型出袋。

 图7-19包装机工作流程

图7-19包装机工作流程

    为**袋子从印刷部到糊口部的线速度不变，底贴的线速度与糊口部编织袋的线速度一致，所以必须使得印刷部与糊口部同步、色标底贴部与糊口部同步。但由于包装机结构复杂，负载波动比较大，而且糊口部的惯性较大，印刷和底贴部的惯性又相对较小，所以要使主从电动机严格同步比较困难。这也是本控制的难点，为此提出基于模糊PID和现场总线的多电动机同步控制方案。

电源控制程序不在工艺控制程序中调用，和工艺控制程序一样，通过在监控画面中任意对象“属性”一“几何”处组态C动作来实现电源的控制，该动作调用编写好的电源控制项目函数并由图7-17所示的“调节电流”信号触发。电源也可以单独运行，在“手动”状态下工人可以在监控界面中输入电流设定值，并单击“电流调节”按钮，就可以实现电源单独控制。电源控制的关键是要大幅度减小因电源电动机转动惯性引起的电流**调、提高控制精度，通过采集该电源电流全程输出过程中的电流特性曲线得知，系统的动态响应过程呈现非线性特性，如直接采用直线函数近似全过程，输出电流的精度远远不能满足工艺的要求，为此采用分段线性控制策略，在每一个线性段内电源电动机转动近似匀速且在该段内由电动机惯性引起的电流**调值近似相等。通过实验可以采集每个段内的电流**调值，这样就可以计算出精确的电流调制时间，利用时间的控制实现电流的精确控制。由采集的数据计算出的5个分段点的数据，如表7-5所示，其中t(i)表示电流从0上升到Y(i)时的时间。通过实验可以采集到每个近似线性段内的电流**调量，这里记为Y(i)。

 表7-5分段线性段点记录

表7-5分段线性段点记录

在电流上升调节的过程中，首先判断电流设定值Ys所在的分段区间(y(i)，Y(i+1)），从理论上说，电流调节时间t等于设定值YS所在区间的低段点的时间值t(i)加上分段区间内按线性模型计算出的时间，再减去电流从0上升至当前电流值Ye所对应的时间，考虑到电源电动机的惯性，实际调节时应将设定值减去**调值(即Ys= Ys- Y(i)），由此确定的电流上升过程分段线性脉宽模型为：

 

式中  t(k)——当前电流值Ye所在分段区间(y(k)，y(k+1))的低段点所对应的时间值；

    △t(i)——设定电流值所在分段区间的时间差；

    △t(k)——当前电流所在分段区间的时间差。

    对于电流下降过程也需要通过分析采集数据以建立同样的模型。电源控制流程，如图7-18所示。

本系统采用WinCC组态软件和S7-300系列PLC作为恢复深孔电镀系统自动控制的工具，不仅缩短了工程的开发和维护周期，提高了系统的可靠性和稳定性，并节省了工程的开发费用。系统投入运行后大大减轻了工人的工作量且产品合格率高，受到用户的**。

升速过程中，需要待别关注的是跨越临界过程，一般中小型高炉TRT由于采用钢性联轴器，应考虑跨越临界转速的控制，某一个轴转速达到临界转速发生共振，必然会带动其他联轴设备的振动，如果透平机和电动机的临界转速相差不大，一次跨越就可以实现，在控制程序里，需要对跨越临界时的PID参数进行整定，首先计算跨越临界的起点、终点和速率，在起点和终点范围内采用高速率升速，相应的PID增益参数也应该加大，以**静叶的快速干预；其次在跨越临界之前，管道煤气应保持一定流量储备，以**在跨越临界的时侯有足够的煤气驱动透平升速。

    跨越临界过程结束后，透平升速较快，PID自动调节静叶关闭一定角度，使升速速率降低，接近3000r/min时，升速速率应该降低，以**不**速，同时发出准备并网信号，投入自动并网装置。

要**透平机安全地升速，首先要**现场所有的设备完好，包括阀和泵的可靠动作、外围设备的正确测量和显示。经过单体试车，无负荷联动试车和带负载试车完成后，确保启动条件满足，启动连锁条件满足后，向高炉发出申请，高炉回答同意后

 升速过程中，需要待别关注的是跨越临界过程，一般中小型高炉TRT由于采用钢性联轴器，应考虑跨越临界转速的控制，某一个轴转速达到临界转速发生共振，必然会带动其他联轴设备的振动，如果透平机和电动机的临界转速相差不大，一次跨越就可以实现，在控制程序里，需要对跨越临界时的PID参数进行整定，首先计算跨越临界的起点、终点和速率，在起点和终点范围内采用高速率升速，相应的PID增益参数也应该加大，以**静叶的快速干预；其次在跨越临界之前，管道煤气应保持一定流量储备，以**在跨越临界的时侯有足够的煤气驱动透平升速。

    跨越临界过程结束后，透平升速较快，PID自动调节静叶关闭一定角度，使升速速率降低，接近3000r/min时，升速速率应该降低，以**不**速，同时发出准备并网信号，投入自动并网装置。

 安装PROFIBUS-DP的标准方法是：有接地基准电位，即必须把所有模块机架和负载电流回路与公共的基准电位（地）相连接，从而确保由于不合理的PROFIBUS-DP电缆铺设或设备安装不当而产生的干扰电流能被尽快分流掉。采用这种安装方法时，将各个部件的接地（S7-300 PLC、ET200、SIMOVERT MASTERDRIVERS变频器）连接到控制柜的公共接地点。在这种方式下，总线插头连接器将PROFIBUS-DP电缆的屏蔽与网络中所有的总线站相连接干扰电流通过连接的地线分流掉，从而防止了由干扰引起的故障。由于传动系统需要较大的

电功率，因此动力电缆常常输送高电压和电流。如果这种电缆长距离与PROFIBUS-DP电缆并行铺设，则会在PROFIBUS-DP电缆上产生电容性和电感性干扰，从而扰动网络中的数据通信。为避免这种干扰，在铺设PROFIBUS-DP电缆时，要确保PROFIBUS-DP电缆与其他电线电缆之间的距离。在施工中，尽可能地把电力电缆和PROFIBUS电缆分别铺设在相互隔离的电缆桥架上。

    该系统投入使用后，系统运行稳定可靠，维护检修工作量较少；变频传动系统响应速度快，定位准确可靠；可方便地与二级系统联网，为全线自动化奠定基础；**了产品质量，取得了较好的经济效益。

①变频器与主站S7-300的通信是通过在SIMOVERT MASTERDRIVERS上安装CBP通信板来实现的。机柜型变频器有6个槽可用来安装可选板，CBP通信板可以安装在任何一个槽位。通信板安装完毕后就可以启动进行配置，首先要确定站地址，这是通过变频器参数设置完成的，其过程如图7-8所示。CBP通信板有3个指示灯显示通信状态，分别是：红色为运行灯；黄色为与变频器进行数据交换灯；绿色为PROFIBUS-DP进行数据传输灯。只有当这3个指示灯同时闪烁时，系统通信才正常。

 图7-8 CBP板的基本配置流程

图7-8  CBP板的基本配置流程

    ②PROFIBUS-DP的数据通过报文的形式交换，每个报文传输的数据可分为两组，需要用STEP 7进行硬件配置时设定。这两组数据分别是参数PKW和过程数据PZD。PKW数据段是读写变频器参数值及读参数的全部特性；PZD数据段传输的是变频器的控制信息，也就是变频器的控制参数，由主站的S7-300 PLC向变频器发出控制字和设**，变频器则返回状态字和实际值。PKW和PZD的数据长度可根据需要设定，同时可设定数据传输的速率。本系统中，PKW和PZD分别设定为4个字和2个字，通信数据传输速率为1.5Mb/s。

    ③变频器通信控制参数的设置。变频器参数设置的基本过程如下：变频器送电后，首先将参数恢复为工厂设置，然后进行CBP板的配置，选择P060-5进行系统设置，最后进行控制字和状态字的连接设置，将矢量控制开关量和矢量控制连接量与PLC中定义的参数值和控制字连接。本系统的主要连接参数如表7-4所示。

④由于翻板机、辊道等设备需要比较准确的定位，并且生产节奏较快，因此每台传动变频器都有外置的制动单元和制动电阻制动单元通过中间回路连接到变频器上，当中间回路电压达到预定值时，制动单元自动接通，阻止中间电压继续升高。与制动有关的参数中，P462为从静止加速到参考频率的时间，P463为加速时间的单位，P464为从参考频率减速到静止的时间，P465为减速时间的单位。根据工艺要求的不同，每台变频器设置不同的加减速时间。

现场总线网络系统是近年来应用较为广泛的**控制技术，其主要原因之一是现场总线系统实现了数字和模拟I/O模块、智能信号装置、过程调节装置、可编程序控制器(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，使安装和布线的费用开销减少到较小，从而使成本费用大大降低。另外，标准化的现场总线具有“开放”的通信接口，允许用户选用不同制造商生产的分散I/O装置和现场设备，同时也可以方便地实现二级及三级网络的连接。某钢铁厂中厚板三期工程精整区域由于设备数量较多，同时又分散在较大的范围内，因此特别适合采用现场总线方式实现生产过程的自动化控制。

    中厚板精整区域的主要设备有冷床输入辊道、输入提升链、滚盘、输出提升链及输出辊道、润滑站及冷床冷却风机，另外还有火焰切割系统、运输辊道、翻板机、电磁起重机等。中厚板厂的原有自动化设备绝大多数采用SIEMENS公司的产品，为了便于维护和网络连接，精整区域的自动化控制设备也以SIEMENS的产品为主，PLC选用S7-300，型号为CPU315-2DP。传动系统全部为SIMOVERT MASTERDRIVERS矢量控制型变频器。其中，1#冷床及精整区域PROFIBUS-DP系统中，2#站S7-300为主站，本站的模块均为冷床系统I/O点。3#站、17#站为远程ET-200，其中3#站ET-200是精整系统的远程I/O，17#站ET-200则作为冷床操作台远程I/O，4～8#站是I/O系统传动变频器，9～16#站是1#冷床系统传动变频器，18～21#站则是2#冷床系统传动变频器。

    S7-300 PLC的I/O地址分配表如表7-2所示，数字输出对应MM440变频器的高、中、低三种运行频率，如表7-3所示。

    利用西门子STEP 7软件编写PLC梯形图程序进行速度控制，梯形图如图7-6所示。

采用PLC变频调速系统提高了系统运行的平稳性、工作的可靠性，操作与维护也很方便，同时节约了大量电能。由于系统在设置参数P1300时采用的是无速度反馈的矢量控制方式对电动机的速度进行控制，可以得到大的转矩，改善瞬态响应特性，具有良好的速度稳定性，而且在低频时可以提高电动机的转矩。这种高炉主卷扬调速系统将会给企业带来更大的效益。