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    摘  要：介紹了山東大學控制學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，設計和組建直流調(diào)速控制系統(tǒng)實驗室的過程，取得了良好的教學效果。

    關鍵詞：現(xiàn)場總線；6RA70直流調(diào)速器；人機界面

    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

    山東大學控制科學與工程學院為適應新時代的發(fā)展，達到培養(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)實驗室。在實驗室的組建方面，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)場總線進行網(wǎng)絡通訊，進行數(shù)據(jù)和信息的傳遞。

    2 控制系統(tǒng)簡介

    實驗室共組建八個實驗臺，其中一個實驗臺安裝S7-300PLC，作為PROFIBUS-DP網(wǎng)絡控制系統(tǒng)的主站，每個試驗臺的調(diào)速器和觸摸屏作為系統(tǒng)從站，通過PROFIBUS現(xiàn)場總線進行通訊連接，這樣整個控制系統(tǒng)形成一個網(wǎng)絡，網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

             

                                 圖1實驗室網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)

    2.1 S7-300 CPU315-2DP

    本系統(tǒng)中PLC處于核心控制地位，它肩負著大量數(shù)據(jù)通訊和處理的任務，如通過網(wǎng)絡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)、運行速度、電壓、電流、報警信息等采集回來進行處理，為此特選定西門子S7-300 CPU315-2DP。該PLC內(nèi)置MPI和DP通訊口，MPI口和其它帶有RS485通訊口的設備可構(gòu)成MPI網(wǎng)，通過西門子PC-Adapter適配器可與其它設備的RS232口通訊；而DP口可直接上PROFIBUS網(wǎng)，作為網(wǎng)絡的主站或從站。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)絡從站，實時響應主站發(fā)出的各種命令，直接控制現(xiàn)場設備，實時檢測和返回電機運行狀態(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。由于實驗要求非常精確，盡可能的反映實際，所以要求電機在啟動和制動時都能實現(xiàn)時間上的最優(yōu)控制，在運行期間還要有很強的抗干擾能力，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)編碼器通過測量電機的轉(zhuǎn)速，并將其轉(zhuǎn)變成為直流調(diào)速器可以識別的電壓或電流信號，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PROFIBUS-DP從站。這樣，就可以通過PROFIBUS現(xiàn)場總線直接控制電機啟停、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線。實驗時按照圖3接線，并檢查無誤后，依次閉合勵磁電源空開、主回路電源空開，然后按動主回路送電按鈕，給調(diào)速器送電。在調(diào)速器的操作面板上將參數(shù)P051設置成40，使操作面板開鎖，再根據(jù)實驗要求和電機的銘牌數(shù)據(jù)設置其它的有關參數(shù)。參數(shù)設置完畢，依次按動調(diào)速器使能按鈕和啟動按鈕，調(diào)節(jié)模擬輸入給定電位器的大小，使電機按照給定速度運行，從電壓表和電流表中就可以讀出相應的電動機電壓和電流值的大小。
 
         
                               圖3  調(diào)速器接線原理圖

    3 用PROFIBUS-DP進行網(wǎng)絡通訊

    PROFIBUS-DP主要使用主-從方式，周期性地與傳動裝置進行數(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文分別傳送:過程數(shù)據(jù)組(PZD)部分，包括控制字，設定值，狀態(tài)字和實際值；參數(shù)部分(PKW-參數(shù)識別值)，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定電動機的速度給定值，通過修改調(diào)速器的相應參數(shù)值，并對PLC進行編程，由PROFIBUS網(wǎng)絡傳遞到直流調(diào)速器的給定端，從而調(diào)節(jié)電動機轉(zhuǎn)速的大小。圖4是用STEP7編寫的部分網(wǎng)絡通訊程序清單，程序中用到兩個系統(tǒng)功能SFC14和SFC15, SFC14DPRD-DAT是讀一個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)設置：

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

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

    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設定和讀取調(diào)速器的速度值

    4  結(jié)束語

    本實驗臺所涉及的實驗特點是綜合性強，涉及面廣，而且西門子公司的產(chǎn)品控制功能全，實時性強，運行穩(wěn)定，體現(xiàn)了工業(yè)自動化的發(fā)展方向。同學們在這樣的實驗環(huán)境中，能夠把所學理論與實踐相結(jié)合，了解和掌握先進的控制技術，為以后成為合格的自動化技術人才打下堅實的基礎。

    參考文獻

    [1] SIMOREG DC Master 使用說明書