基于PROFIBUS的變頻器在連鑄切割機中的應用

圖2切割機控制系統

（2）切割機主要傳動系統

●切割機的行走：一臺SIEMENSMICROMASTER440型變頻器拖動兩臺0.75kW電機，電機帶熱開關保護，每臺電機帶有一個電磁抱閘線圈，行程控制是由一個增量型編碼器和行程限位開關組成。
●切槍的行走驅動：每個切槍的行走是由一臺SIEMENSMICROMASTER440型變頻器拖動1臺0.3kW電機進行的，切槍行走的位置分別由兩個增量型編碼器和接近開關控制。
●切割機的升降系統：切割車的升降是由一臺變極調速電機（285/1375rpm0.28/2.3kW）采用接觸器正反轉雙繞組六抽頭進行驅動的，行程控制是由限位開關組成的。

4Profibus現場總線

4.1現場總線的定義及特點

現場總線，按照國際電工委員會IEC/SC65C的定義，是指安裝在制造或過程區域的現場裝置之間、以及現場裝置與控制室內的自動控制裝置之間的數字式、串行和多點通信的數據總線。以現場總線為基礎而發展起來的全數字控制系統稱作FCS。

現場總線作為連接控制系統中現場級裝置和控制設備的雙向數字通信網絡，與傳統的DCS系統相比其優點是明顯的：增強了現場信息的集成能力；抗干擾能力增加、系統可靠性提高；安裝便捷、可維護性好；具有開放性、互操作性、互換性、可集成性；降低了工程成本；具有IP67防護等級，可現場安裝；能自動診斷故障部位。

4.2Profibus總線

Profibus是一種國際化、開放式、不依賴于設備生產商的現場總線標準。廣泛適用于制造業自動化．流程工業自動化和樓宇、交通電力等其他領域自動化。中央處理器（如PLC/PC）通過高速串行總線同分散的現場設備（如I/O、變頻器、閥門）進行通訊，多數數據交換采用周期方式。PROFIBUS-DP是用于現場設備級的高速數據傳輸，通訊介質采用屏蔽的雙絞銅線電纜，共用一根導線對，通訊速率可選用9.6kbit～12Mbit/s，通訊距離可達12km。PROFIBUS總線的通信能力強，與變頻器的通信最多可有10個字的通信能力。

4.3Profibus-DP的數據通訊格式

Profibus-DP總線方式允許在PLC和傳動裝置（變頻器、運動控制器）之間進行快速的數據交換。對傳動裝置的存取總是按照主-從方式進行的，傳動裝置總是從站，且每個從站本身都有明確的地址。PROFIBUS周期性傳輸的報文結構如圖3所示。

圖3Profibus-DP報文結構

4.4Profibus-DP的用戶數據

對于傳動裝置可用數據區被劃分成2個數據區，它們以各自的報文進行數據傳送。
（1）過程數據區（PZD）：控制字和設定值；或狀態字和實際值。
（2）參數區（PKW）：用于讀寫參數，讀出故障信息等。PKW和PZD共有五種結構形式即：PPO1、PPO2、PPO3、PPO4、PPO5，其傳輸的字節長度及結構形式各不相同。

根據自動化網絡中傳動裝置的任務不同，在PLC和變頻器通訊方式配置時要對PPO進行選擇。MM440變頻器僅支持PPO1、PPO3兩種結構，在切割機系統中采用了PPO1型通訊報文（4PKW+2PZD），它的報文結構如圖4所示，圖4中符號的意義如下，PKW：參數標識符；PZD：過程數據；PKE：參數標識符；IND：索引；PWE：:參數值；STW：控制字；ZSW：狀態字；HSW：主設定值；HIW：主實際值。

圖4PPO的報文結構

5切割機控制系統硬件技術

5.1PLC系統

切割機PLC系統作為連鑄機L1系統的一個子系統，其系統設計本著可靠、先進、開放的原則，綜合考慮系統的性能價格比，根據工藝方案和機械設備條件，系統結構盡可能統一，同時應與其它L1級子系統保持一致。連鑄L1級PLC系統選用的是SIEMENSS7-400系列PLC。根據切割工藝性能要求，PLC系統CPU選擇S7-315-2，通過CP343通訊模塊與L1級工業以太網通訊，同時通過Profibus-DP接口與MM440變頻器和PCSsmart1200觸摸屏通訊。

5.2人機界面

根據工藝特點及現場環境，切割機人機界面選擇PCSsmart1200觸摸屏。在性能上有以下特點;（1）簡單快速配置，配置數據是可以恢復的；（2）可用標準WINDOWS工具進行配置；（3）使用軟鍵、功能鍵或觸模控制，簡化了操作，也保障了操作的安全性，易于使用；（4）和西門子PLC完美結合，使整個系統在硬件和軟件均達最優化，尤其是通訊支持Profibus-DP總線協議。

5.3MM440變頻器特點

（1）豐富的控制功能。通過P1300參數可以選擇從V/F控制到帶傳感器的矢量控制VC等12種不同特點的控制模式，適用于恒轉矩、變轉矩等各種性質負載，滿足各行業的驅動控制要求。在本控制系統中，采用v/f方式來驅動各分部電機；

（2）強大的通訊功能。利用Profibus通訊可選件，可以將MM440接入開放的、高速（12Mb/S）的DP網，實現性能更佳、精度更高的通訊控制。