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    摘  要：介紹了山東大學(xué)控制學(xué)院通過選用西門子公司的產(chǎn)品，S7300PLC、TP270觸摸屏和6RA70調(diào)速器，設(shè)計(jì)和組建直流調(diào)速控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室的過程，取得了良好的教學(xué)效果。

    關(guān)鍵詞：現(xiàn)場總線；6RA70直流調(diào)速器；人機(jī)界面

    Abstract：Introducing the design of DC system automatic control laboratory in Shandong University by using siemens products, such as S7300 PLC,TP270 touch panel and 6RA70 speed regulator, which achieved good teaching effect.

    Keywords： PROFIBUS;6RA70 dc speed regulator;HMI

    1 引言

    山東大學(xué)控制科學(xué)與工程學(xué)院為適應(yīng)新時(shí)代的發(fā)展，達(dá)到培養(yǎng)高素質(zhì)人才的要求，重新組建了新的直流調(diào)速控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室。在實(shí)驗(yàn)室的組建方面，選用西門子公司的S7-300型PLC、TP270觸摸屏和6RA70系列直流調(diào)速器，并通過PROFIBUS-DP現(xiàn)場總線進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通訊，進(jìn)行數(shù)據(jù)和信息的傳遞。

    2 控制系統(tǒng)簡介

    實(shí)驗(yàn)室共組建八個(gè)實(shí)驗(yàn)臺(tái)，其中一個(gè)實(shí)驗(yàn)臺(tái)安裝S7-300PLC，作為PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的主站，每個(gè)試驗(yàn)臺(tái)的調(diào)速器和觸摸屏作為系統(tǒng)從站，通過PROFIBUS現(xiàn)場總線進(jìn)行通訊連接，這樣整個(gè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

             

                                 圖1實(shí)驗(yàn)室網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

    2.1 S7-300 CPU315-2DP

    本系統(tǒng)中PLC處于核心控制地位，它肩負(fù)著大量數(shù)據(jù)通訊和處理的任務(wù)，如通過網(wǎng)絡(luò)將控制命令和速度給定值傳給各調(diào)速器，將各調(diào)速器的啟停狀態(tài)、運(yùn)行速度、電壓、電流、報(bào)警信息等采集回來進(jìn)行處理，為此特選定西門子S7-300 CPU315-2DP。該P(yáng)LC內(nèi)置MPI和DP通訊口，MPI口和其它帶有RS485通訊口的設(shè)備可構(gòu)成MPI網(wǎng)，通過西門子PC-Adapter適配器可與其它設(shè)備的RS232口通訊；而DP口可直接上PROFIBUS網(wǎng)，作為網(wǎng)絡(luò)的主站或從站。本系統(tǒng)中S7-300 CPU315-2DP是作為主站。

    2.2  6RA70直流調(diào)速器

    西門子6RA70型直流調(diào)速器作為網(wǎng)絡(luò)從站，實(shí)時(shí)響應(yīng)主站發(fā)出的各種命令，直接控制現(xiàn)場設(shè)備，實(shí)時(shí)檢測(cè)和返回電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，系統(tǒng)穩(wěn)定性和控制精度如何與其性能好壞密不可分。由于實(shí)驗(yàn)要求非常精確，盡可能的反映實(shí)際，所以要求電機(jī)在啟動(dòng)和制動(dòng)時(shí)都能實(shí)現(xiàn)時(shí)間上的最優(yōu)控制，在運(yùn)行期間還要有很強(qiáng)的抗干擾能力，所以采用具有雙閉環(huán)邏輯無環(huán)流可逆調(diào)速控制系統(tǒng)的直流調(diào)速器。

    本系統(tǒng)是典型的雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，即電流內(nèi)環(huán)和轉(zhuǎn)速外環(huán)。這種經(jīng)典的雙閉環(huán)控制方案較開環(huán)控制可使系統(tǒng)更加穩(wěn)定，性能更好。系統(tǒng)原理圖如圖2所示，電流通過直流調(diào)速器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)形成電流反饋環(huán)，而旋轉(zhuǎn)編碼器通過測(cè)量電機(jī)的轉(zhuǎn)速，并將其轉(zhuǎn)變成為直流調(diào)速器可以識(shí)別的電壓或電流信號(hào)，構(gòu)成轉(zhuǎn)速反饋環(huán)。

            
 
                        圖2  雙閉環(huán)邏輯無環(huán)流直流調(diào)速原理圖

    在本控制系統(tǒng)中，通過安裝附加選件板ADB適配板（Adapter Board）、LBA板（local Bus Adapter）、通訊板CBP2 (Communication Board PROFIBUS)，使直流調(diào)速器構(gòu)成一個(gè)PROFIBUS-DP從站。這樣，就可以通過PROFIBUS現(xiàn)場總線直接控制電機(jī)啟停、正反轉(zhuǎn)、調(diào)速以及讀取直流調(diào)速器工作狀態(tài)和報(bào)警信息等功能，節(jié)省了直流調(diào)速器上需要連接的所有控制線。

    2.3  調(diào)速器接線原理

    西門子直流調(diào)速器的接線原理圖如圖3所示，圖中除旋轉(zhuǎn)編碼器外虛線表示待接導(dǎo)線。實(shí)驗(yàn)時(shí)按照?qǐng)D3接線，并檢查無誤后，依次閉合勵(lì)磁電源空開、主回路電源空開，然后按動(dòng)主回路送電按鈕，給調(diào)速器送電。在調(diào)速器的操作面板上將參數(shù)P051設(shè)置成40，使操作面板開鎖，再根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求和電機(jī)的銘牌數(shù)據(jù)設(shè)置其它的有關(guān)參數(shù)。參數(shù)設(shè)置完畢，依次按動(dòng)調(diào)速器使能按鈕和啟動(dòng)按鈕，調(diào)節(jié)模擬輸入給定電位器的大小，使電機(jī)按照給定速度運(yùn)行，從電壓表和電流表中就可以讀出相應(yīng)的電動(dòng)機(jī)電壓和電流值的大小。
 
         
                               圖3  調(diào)速器接線原理圖

    3 用PROFIBUS-DP進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通訊

    PROFIBUS-DP主要使用主-從方式，周期性地與傳動(dòng)裝置進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，可用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)分成不同兩部分且能用報(bào)文分別傳送:過程數(shù)據(jù)組(PZD)部分，包括控制字，設(shè)定值，狀態(tài)字和實(shí)際值；參數(shù)部分(PKW-參數(shù)識(shí)別值)，用于讀、寫參數(shù)值。在本控制系統(tǒng)中，我們只傳送過程數(shù)據(jù)PZD部分，即采用最簡單的PPO3型。

    在該系統(tǒng)中，可從作為系統(tǒng)從站的觸摸屏上直接設(shè)定電動(dòng)機(jī)的速度給定值，通過修改調(diào)速器的相應(yīng)參數(shù)值，并對(duì)PLC進(jìn)行編程，由PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)傳遞到直流調(diào)速器的給定端，從而調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的大小。圖4是用STEP7編寫的部分網(wǎng)絡(luò)通訊程序清單，程序中用到兩個(gè)系統(tǒng)功能SFC14和SFC15, SFC14DPRD-DAT是讀一個(gè)DP從站的相連續(xù)的輸入數(shù)據(jù)區(qū)域，參數(shù)LADDR是用HWConfig組態(tài)的DP從站的輸入模塊開始地址（十六進(jìn)制），RECORD是所讀用戶數(shù)據(jù)的目的區(qū)域。如果從S7CPU傳送一個(gè)連續(xù)的輸出數(shù)據(jù)到DP從站，則用到SFC15DPWR-DAT，參數(shù)LADDR是用HWConfig組態(tài)的DP從站的輸出模塊開始地址，RECORD是所要寫的用戶數(shù)據(jù)的源區(qū)域。以下是調(diào)速器重要的通訊參數(shù)設(shè)置：

    1) U712 PPO 型，在報(bào)文的參數(shù)段和過程數(shù)據(jù)段中定義為字?jǐn)?shù)。

    2) P918 總線地址，即CPU在組態(tài)時(shí)分配給CBP2從站的地址號(hào)。

    3) U927 參數(shù)化使能，即使修改的調(diào)速器參數(shù)生效。

              
                 
            
               
                      圖4  通過PROFIBUS設(shè)定和讀取調(diào)速器的速度值

    4  結(jié)束語

    本實(shí)驗(yàn)臺(tái)所涉及的實(shí)驗(yàn)特點(diǎn)是綜合性強(qiáng)，涉及面廣，而且西門子公司的產(chǎn)品控制功能全，實(shí)時(shí)性強(qiáng)，運(yùn)行穩(wěn)定，體現(xiàn)了工業(yè)自動(dòng)化的發(fā)展方向。同學(xué)們?cè)谶@樣的實(shí)驗(yàn)環(huán)境中，能夠把所學(xué)理論與實(shí)踐相結(jié)合，了解和掌握先進(jìn)的控制技術(shù)，為以后成為合格的自動(dòng)化技術(shù)人才打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

    參考文獻(xiàn)

    [1] SIMOREG DC Master 使用說明書