作者：冯建修 冯晓辉 发布时间：2007-6-6 15:23:00 |
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PROFIBUS现场工业总线控制网络，实现卷绕系统的通信制。1 引言随着SIEHENS PLC系统的升级换代，在80年代推出的S5系统已经逐渐被淘汰；大多数CPU模块和信号处理已不再生产，备件已经很难订购，如果模块发生损坏，将严重影响了生产装置的运行，而西门子新一代工业控制系统S7系列产品具有强大的运算处理能力、灵活的通讯扩展能力和可靠的稳定性以及更优廉的价格占领市场主导地位。2 生产工艺方法湿法毡生产线是一条生产玻璃纤维无纺薄毡（Non Wovens Tissue）产品的生产线，其生产工艺类似传统的造纸工艺，以直径9-13um玻璃纤维短切成长度6-18mm短纤维，与水和化学助剂在充分搅拌下分散成均匀的纤维浆料，在斜长网上抄取成型，饱和浸胶，热风穿透烘干，烘干后的毡经张力调节系统控制卷取张力，切除薄毡两侧毛边后，由卷取机卷自动卷绕成筒状，然后包装入库。 3 原控制系统简介原控制系统采用西门子90年代产品S5-95U PLC（I/0点为100点以内）和0P17-P P操作面板作为主控制系统，三台LENZE9326变频器和一台LENZE8215变频器分别控制三台LENZE专用变频电机和一台普通异步电机的运行，其中两台LENZE9326变频器30S/40S作为双工位卷绕轴电机控制，另一台LENZE9326变频器20S作为拖辊电机控制，LENZE8215变频器50s控制双工位卷轴翻转电机的运转。95U PLC与三台LENZE9326变频器（LENZE9326变频器内部集成CAN总线）之间通过第三方厂家的CAN家具涂装生产线
（csc595）总线模块通信，与OPl7-PP操作面板间通过RS232-TTY 电缆（20mA电流环转换器，全双工，最高速率19.2Kbps无需供电）进行数据交换。三台LENZE9326变频器间通过数字频率输入（DFIN）接口X9或数字频率输出（DFOUT）接口X10接线，使用预置的LENZE电缆或者使用双绞式屏蔽电缆（A，A/B，B/Z，Z）进行速度信号传递。PLC CAN总线连接如图1所示。 注：CAN总线的起始端和末端需要接终端电阻，阻值120 Ohm 0.5w，电阻接于X4/HI and X4/LO之间。
4 控制系统升级方案
4．1 组态与通信的设计
鉴于原控制系统不论在性能上，还是在备件的供应上都存在问题，拟定对系统升级改造，解决目前存在问题，使控制系统更趋完善。为了缩短改造时间，经过反复论证，最终确定配置一套西门子S7PLC控制系统，由于S7是在S5的基础上升级而成，在很多方面都具有兼容性，例如程序结构、编程语言的相似和第三方厂家设备通信方式等都会给系统的升级带来帮助，使改造的周期缩短，系统的改造质量提高。此次S5升级S7系统，柜内接线基本不变，变频器仍利用原有的LENZE伺服控制器，模块的选型也基本与原设计保持一致。
升级后的控制系统中，采用西门子高性能的S7-314C 2DP PLC产品替代原有S5-95U PLC。S7 314C2DP是一种紧凑型CPU，含48k支承板主存，24VDC电源，内置24DI/16DO，4AI/2A0，带有集成功能HPI，PROFIBUS DP主站/从站接口，存储卡MMC为64K。另外选用了PS307 5A电源和4块数字量输入/输出模板SH323（16DI/16DO）；用开放性好、扩展性强、高速低成本的现场总线PROFIBUS-DP网络（传送速率设为187.5KbDs）替代CAN bus总线通信；选用OPl70B操作面板替换了原操作面板OPl7-PP，作为二级主站。S7-300PLC系统硬件组态图如图2所示。
4．2 PROFIBUS DP现场总线应用
PROFIBUS DP现场总线是一种高速低成本通信，特别适合PLC与现场分散的I/O设备之间的通信。升级后的控制系统采用PROFIBUS DP现场总线网络替代了原间戊二烯CAN总线完成通信功能，由于LENZE9326变频器本身不具有PROFIBUS-DP现场总线接口，无法直接与S7PLC通信，因此需要给三台网眼面料LENZE9326变频器分别配置LENZE PROFIBUS-DP 2133IB模块实现通信，为了降低升级改造成本，我们通过对20S/30S/40S三台LENZE9326变频器信号流程图重新配置、对变频器参数重新调整修改，仅选用2块2133IB模块配置在卷绕轴变频器30S/40S上实现系统通信控制功能，2块2133IB模块通信地址分别设为add3和add4（见图2）。图3 30S变频器信号流图-用2133IB模块与S7 314C-2DP通过PROFIBUS-DP通信。
变频器20S/30S/40S的信号流程图中PROFIBUS DP替换原CAN总线连接改动部分如表1所示。
S7 PLC通过PROFIBUS-DP现场总线实现与两台LENZE9326变频器30S/40S之间的通信，完成起始直径、实际直径和张力实时值间的数据交换；操作面板OP170B和S7PLC之间的通过PROFIBUS DP通信，完成初始张力设定、锥度设定、起始卷径设定以及线速度、卷径实时值、最大卷径等值的显示。PLC PROFIBUS DP现场总线连接如图4示。
PROFIBUS DP总线终端都配有终端电阻，使用时要把头尾电缆插头的终端电阻开关拨到ON上，中间的拨到OFF上即可。也就是说要将CPU314C 2DP和OP170B的终端电阻开关
拨到“ON”位置，而30S和40S LENZE PROFIBUS-DP 2133IB模块的终端电阻开关拨到“OFF”位置。图5为升级改造图片
5 系统软件的升级
原S5-95U PLC程序用STEP 5指令系统编写，升级后的程序依据卷绕工艺要求使用STEP 7 V5．2的S7 PLC指令系统编写。为方便参数修改和调整，升级软件中编写了大小轴（连体滑雪服Ф76/Ф152）和厚薄毡的参数修改程序FC35 Network 11/FC45 NetworK11 NetworK12降冰片烯二酸酐。用Protool软件编写人机界面HMI并且将OP操作面板的外文组态画面转化为中文画面，便于事件消息、报警消息识别和故障查。在S7-300中，通过SFC14（DPRD_DAT：Read consitent Data of a standard DP Slave）和SFCl5（DPWR_DAT：Write consistent Data to a standard DP Slave）进行字节的接受与传送，传送的数据量多达16个字（32字节）；通过FCl27 Parameter channel handling：程序完成对指定的一台LENZE变频器内部的一个参数进行读或写的操作；使用DRIVECOM的参数通道读写格式，可与DRIVECOM或UNIT_CONTROL或FIFI_CTRL的过程通道读写配置相配合；本程序需与DB127配合使用。
