作者： 汕頭市華鷹軟包裝設(shè)備總廠有限公司 邱曉淮；深圳匯川技術(shù)有限公司 張志軍 [b] 摘要：本文主要闡述采用SIEMENS S7300，S7200組成MPI網(wǎng)絡(luò)，以及S7300 DP主站和匯川變頻器DP從站系統(tǒng)組成PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)設(shè)計的多功能高速復合機系統(tǒng)。由于該系統(tǒng)采用了匯川MD320通用/ MD330張力控制專用變頻器來完成系統(tǒng)的恒張力控制。網(wǎng)絡(luò)主要完成數(shù)據(jù)交換和傳遞。因此整個控制系統(tǒng)構(gòu)成簡潔，調(diào)試，維護方便，性能穩(wěn)定，具有良好的數(shù)據(jù)接口，給制造廠和帶來了極大的便利性和高性價比。 關(guān)鍵詞：SIEMENS S7300/200，PROFIBUS-DP，多功能復合機，匯川MD320/330變頻器，恒張力控制。[/b] 一：概述: 復合機是指通過某種工藝方法，將兩種或者兩種以上的材料，層合在一起，形成新的一體材料的設(shè)備。經(jīng)過復合之后的材料，一方面可以保持原有材料的優(yōu)點，另一方面可以彌補各自的缺點。 常見的復合方法有干式復合，濕式復合，熱熔復合，擠出復合，和無溶劑復合法。干式復合式復合工藝的常見方法之一，它是在復合基材上均勻涂布一層溶劑型粘和劑，通過烘箱除去粘和劑后干燥，在熱壓狀態(tài)下與其它復合基材復合后形成復合材料。常用材料是塑料薄膜，紙張以及鋁箔等。 而無溶劑復合則指粘和劑中無溶劑，是一種環(huán)保型的材料，因此，無需對溶劑所謂的干燥，即可直接進行粘和。 很多的設(shè)備僅適用其中的一種工藝，多功能復合機則可以提供以上的兩種工藝過程，因此，適用范圍和材料的能力更強，但系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)也會變得復雜，造價也會顯得更高。同時由于功能的復雜性和控制單元的增多，對系統(tǒng)復合速度，復合效果要求更高，因此，對于選擇一種合理的控制方式，綜合技術(shù)經(jīng)濟性方面提出了更高的要求。 二：一種典型的多功能復合機傳動系統(tǒng)分析 （一）：傳動系統(tǒng)簡圖 比較典型的多功能高速復合機系統(tǒng)的傳動系統(tǒng)和工藝過程如示意圖如附圖1所示。 該系統(tǒng)一般由兩套相對獨立的復合裝置組成，這兩套裝置完成干式有溶劑復合和無溶劑復合 從圖中可以看出，基本上電機的配置達13臺或14臺更多。 [align=center] 附圖一：多功能復合機傳動系統(tǒng)示意圖[/align] （二）：系統(tǒng)功能的分析： A：模擬信號輸入通道數(shù) 從上圖中可以看出，系統(tǒng)中至少需要考慮7段張力，這幾段張力控制可以根據(jù)機械的空間結(jié)構(gòu)，來確定是安裝張力傳感器還是安裝浮動輥，對于匯川變頻傳動裝置而言，無論是浮動輥模式還是張力傳感器模式，其信號的性質(zhì)都是一樣，采集標準的0-10V信號或4-20MA 的電流信號。 則本系統(tǒng)總共需要7通道模擬輸入來接受張力反饋信號。 B：模擬輸出信號通道數(shù) 根據(jù)系統(tǒng)中電機的分布，每臺電機需要一個張力給定或速度給定信號，因此，需要占用的AO通道數(shù)為14路，對于收卷裝置而言，錐度控制信號需要至少占用的AO通道為1路。考慮上膠電機和風機的驅(qū)動，則需要再增加至少2路的AO通道； 綜合以上的要求，則需要17個模擬信號通道（其中一路備用）。 C：普通邏輯I/O： 系統(tǒng)中共有收卷/放卷架共4個，每個放卷架自動測量新料卷的直徑，然后將這個直徑以通訊方式給到待換卷的變頻器，供卷曲張力變頻器使用，同時，每個放卷架完成本地的自動換卷邏輯。這樣，總計的DI/DO點數(shù)大約120個?？紤]收卷/放卷功能相對獨立，因此，將收放卷獨立作成一個MPI子站，而基本框架程序可以通用，這樣，顯著提高了編程工作效率，適合現(xiàn)代模塊化，通用化編程思想。 D：匯川變頻器張力控制思路： MD320內(nèi)置性能優(yōu)良的PID控制器，加入前饋控制可使擾動最小，PID幅度可以自由調(diào)節(jié)，具有多種速度給定方式，模擬輸入通道可以0-10V任意標定； 同時多種速度給定通道可以自由切換（壓輥壓下和離開需要投入/切除PID控制）。因此，全部夾輥采用MD320+PG卡實現(xiàn)閉環(huán)矢量的張力控制； MD330是中心卷曲專用變頻器，支持速度模式/轉(zhuǎn)矩模式的中心卷曲，內(nèi)置性能優(yōu)良的卷徑計算模塊，多種卷徑計算方法，內(nèi)置多曲線錐度控制器，可以適應各種材料的卷曲錐度，尤其值得一提的是預驅(qū)動功能，我們只要在適當?shù)臅r候發(fā)出驅(qū)驅(qū)動命令，待換卷的變頻器即自動適應當前線速度運轉(zhuǎn)。 三：控制系統(tǒng)的方案： （一）：方案綱要：（方案框圖見附圖二） 綜上所述，我們可以求得性價比最好的控制系統(tǒng)方案。即： 1：系統(tǒng)劃分為兩層網(wǎng)絡(luò)——————-MPI網(wǎng)絡(luò)和PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)； 2：MPI網(wǎng)絡(luò)中，將SIEMENS TP270，TP170B，CPU314-2DP，三個S7200子站連接在一起，MPI的網(wǎng)絡(luò)速度最高187.5K BAUD，完全可以滿足數(shù)據(jù)交換的要求； MPI網(wǎng)絡(luò)主要完成各子站間的控制命令和自動直徑數(shù)據(jù)的交換；每站交換最多12 個字節(jié)； 3：PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)用于連接除烘箱，風機以外的所有變頻器，張力傳感信號全部進入?yún)R川MD320/MD330變頻器，去除所有PLC的AI/AO。至于張力控制的相關(guān)參數(shù)，變頻器控制命令（如啟動/停止/預驅(qū)動/當前卷徑）等，全部由DP總線通訊完成。 （二）方案實施： 1：建立MPI網(wǎng)絡(luò)，先單獨賦予CPU314C-2DP，TP270-10，TP170B，及其它三個PLC以不同的站地址。地址依次為2，3，4，5，6，7。并允許TP270-10，TP170B從MPI口下載；這樣的主要目的是為了提高工作效率，采用一條PC ADAPTER，即實現(xiàn)一個地方全部下載和調(diào)試，無須撥插調(diào)試電纜到HMI和各PLC站； 2：建立PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)；配置各變頻器站地址和通訊速度，以及PPO類型。 匯川變頻器的MD32PFS卡內(nèi)置于變頻器，支持PPO1，PPO2，PPO3，PPO5這5種報文類型。 特別值得一提的是：MD32PFS的PPO5，是一個客戶自定義的報文類型，其結(jié)構(gòu)如下： 其中的PZD3-PZD12是一個自由地址映射區(qū)，可以訪問到變頻器的任何一個參數(shù)，這無疑加快了訪問速度，同時，增加了用戶的自由度。因此，我們決定采用PPO5。 3：調(diào)試各個變頻器張力控制系統(tǒng)： 對于匯川MD320/MD330而言，這是一件很輕松的事情，配置AI屬性，PID屬性，卷曲模塊的輸入輸出，卷徑計算模塊，預驅(qū)動換卷模塊。 MD330是可以實現(xiàn)零速度張力保持的，這是相當不錯的一個功能，這樣可以盡可能減小啟動/停止時的張力沖擊。 4：建立各個子站的控制邏輯，這個過程比較簡單，主要完成一些諸如自動卷徑測量，預驅(qū)動邏輯等，關(guān)鍵部分在于子站和S7300站之間的數(shù)據(jù)傳遞，即可以采用TP270的VB腳本來完成，也可以在S7300側(cè)采用X-PUT，X-GET函數(shù)完成。 5：報警和診斷模塊； 這個模塊也是非常重要的，DP從站掉站，DP故障，I/O訪問錯誤等，可以為用戶提供維修定位指南。依賴S7300的功能功能（使用OB85/0B86/OB122），可以方便的診斷到具體是哪個DP 子站退出循環(huán)，已經(jīng)發(fā)生了何種類型的故障代碼。 [align=center] 附圖二：雙總線的控制系統(tǒng)方框圖 附圖三：MD32PFS的PPO5（自由參數(shù)映射區(qū)）[/align] 因為采用匯川變頻器MD330，可以直接接受張力反饋信號，并自動處理，則所有的模擬信號可以全部取消，本身DP的速度最高達到12M的波特率（要求電磁干擾防護做的非常好），DP本身的速度只要達到1.5M就已經(jīng)具備了比模擬信號更快的速度。而且，模擬信號直接在變頻器內(nèi)部進行轉(zhuǎn)換和運算，內(nèi)部本身采用TI公司的32位DSP，具有比PLC更快的處理和運算速度。如果模擬信號經(jīng)過PLC進行變換，處理（PID運算尤其占用PLC的CPU更多的掃描時間），再輸出給變頻器。如采用常規(guī)數(shù)據(jù)處理模式，一則對CPU的運算速度提出更高的要求，而需要使用更快，更昂貴的CPU和大量的AI/AO模塊，二則處理過程已經(jīng)明顯比變頻器處理速度慢。 四: 雙總線的方案優(yōu)勢 PROFIBUS是一種開放的總線，由SIEMENS倡導，13家企業(yè)和5家研究機構(gòu)支持，80年代末已經(jīng)發(fā)展成為國際標準，并在92年被中國采納為行業(yè)標準。2006年11月正式被采納為中國的國家標準。 本系統(tǒng)中，我們可以明顯地看到以下優(yōu)勢： 1：開放性：任何支持DP標準的第三方設(shè)備，均可被掛到總線上，這樣，使工廠的自動化孤島，有可能通過這個總線被全部連接到一起（參見附圖四）。 2：實時性：PROFIBUS-DP由于采用高速芯片封裝協(xié)議，具有最高12M BPS的通訊速度，與普通的通訊最高38.4K相比，具有無可比擬的優(yōu)勢； 3：極高的可靠性：PROFIBUS DP采用的令牌傳遞方式，即使有網(wǎng)絡(luò)站點出現(xiàn)故障，故障機站退出令牌循環(huán)，網(wǎng)絡(luò)仍然可以可靠運行，并報告錯誤。普通的通訊需要自己診斷通訊錯誤。 4：省配線：簡化維護工作：DP總線采用2芯5類電纜，所有的站點只需依賴這兩條線，即可得到完全的控制，使得很多的I/O信號不需要再連接到現(xiàn)場設(shè)備，使控制柜變得簡潔，并額外省去復雜的接線 5：可以去除所有的AI/AO模塊，去掉這一大塊成本； 而MPI總線，我們可以省去昂貴的ET200M子站系統(tǒng)。同樣達到數(shù)據(jù)交換的目的。 [align=center] 附圖四:采用總線系統(tǒng)的高速涂布機網(wǎng)絡(luò)拓撲圖（SIEMENS主站系統(tǒng)）[/align] 五：結(jié)束語： 該系統(tǒng)采用了MD320/MD330的張力控制系統(tǒng)（電流閉環(huán)矢量），在性能上完全可以和國外知名品牌相媲美，各張力段的控制非常穩(wěn)定，換卷過程非常平穩(wěn)，采用MPI和DP總線系統(tǒng)，在這種設(shè)備上是一種全新的嘗試，工藝上由于采用了國際領(lǐng)先的無溶涂布技術(shù)，整機的檔次，效果是非常理想的。該機器出口至東南亞某發(fā)達國家，完全符合當?shù)丨h(huán)保，控制網(wǎng)絡(luò)化的要求。 參考文獻： 1：《MD320 用戶手冊V2.1》 深圳匯川技術(shù)有限公司 2：《MD330張力專用控制變頻器手冊 》 深圳匯川技術(shù)有限公司 3：《PROFIBUS現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)》 孫鶴旭等編 國防工業(yè)出版社 4：《system software for 300/400 system and standard fuction》電子版 SIEMENS AG