1 引言 Φ120無縫鋼管工程用來生產(chǎn)外徑范圍為Φ70mm～Φ177.8mm、壁厚范圍為 6mm～30mm的高壓鍋爐管、石油專用管、液壓支柱管、地質(zhì)管、汽車半軸套管、石油裂化管、結(jié)構(gòu)用管等。這些鋼管在進行精整前要通過冷床區(qū)。 天津無縫鋼管廠Φ120機組無縫生產(chǎn)線冷床區(qū)電氣設備分為主傳動和輔助傳動兩部分組成，主傳動包括：1#正轉(zhuǎn)傳動，2#正鏈傳動。輔助傳動包括：輸入輥道，輸出輥道，每段輥道共8臺電機。天津無縫鋼管廠采用的是鏈條式冷床，這種冷床總長42米，它具有如下特點： 1.冷卻均勻。 2.鋼管的表面損傷少。 3.鋼管通過正向鏈、反向鏈的帶動，即可前進，又可自轉(zhuǎn)滾動，這樣鋼管在充分冷卻的同時又被矯直。 技術(shù)性能參數(shù)如下： 管徑： ø89~ ø 177.8mm 壁厚：4.5~16mm 管長：max 13000mm 運輸距離：42m 1.1電機參數(shù) 主電機型號：1#，2#正鏈傳動YTSP280M-6M 55KW 轉(zhuǎn)速： 975ｉ=756rpm 電壓：AC 380V 1.2 負載特性及其電控要求 冷床為恒轉(zhuǎn)矩負載，要選擇具有恒轉(zhuǎn)矩控制性能的變頻器，并具有較高的分辨率，良好的通訊能力，并采用PLC作為控制單元，實現(xiàn)對整個控制系統(tǒng)的可靠、協(xié)調(diào)的控制，以滿足控制系統(tǒng)正常工作的需要。 為滿足冷床傳動控制系統(tǒng)的可靠性和良好的控制精度與穩(wěn)定性，我們選擇西門子PLC300 和西門子6SE70矢量控制變頻器，利用PROFIBUS通信協(xié)議實現(xiàn)PLC與變頻器的通信功能。 PLC控制系統(tǒng)主要完成以下一些任務：主傳動系統(tǒng)、輔傳動系統(tǒng)、現(xiàn)場檢測信號采集等邏輯運算、程序控制、狀態(tài)監(jiān)控以及與上位機的通訊，積極配合MES系統(tǒng)，提供相應的通訊設備、數(shù)據(jù)庫，留有設備控制端口，讓MES系統(tǒng)直接參與過程控制，并協(xié)助廠方共同完成MES管理系統(tǒng) 2 雪普6SAC變頻器 6SAC系列變頻器是雪普（中國）電氣有限公司自主開發(fā)生產(chǎn)的高品質(zhì)、多功能、低噪音變頻器。其豐富的功能，完全滿足您各種不同的需求；緊湊的結(jié)構(gòu)設計，可以靈活安裝；先進的控制算法；空間電壓矢量技術(shù)、停電再啟動、自動電壓調(diào)整、死區(qū)補償、自動轉(zhuǎn)差補償、節(jié)能運行、內(nèi)置PID，保證高精度的控制要求；按照國際標準進行設計和測試，保證產(chǎn)品的可靠性；豐富的可選配件，可以進行多種配置選擇。 其與PLC配合使用，可以實現(xiàn)速度鏈控制、自動負荷控制、速差控制、張力控制等功能。電機的速度、力矩連續(xù)可調(diào)。從而可實現(xiàn)電機在低速狀態(tài)時的平滑運行和高力矩、高精度的速度、力矩控制[2]。由于以上優(yōu)點，我們選擇雪普變頻器6SAC作為主傳動的驅(qū)動裝置。 3 控制系統(tǒng)組成 冷床系統(tǒng)采用PROFIBUS網(wǎng)進行PLC,ET200S遠程站及傳動裝置6SAC變頻器間的數(shù)據(jù)交換與通訊。PROFIBUS有極高的傳輸速率，多種網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)。通過PROFIBUS-DP網(wǎng)絡接口，可實現(xiàn)主PLC與各主傳動系統(tǒng)之間的設定值、指令和數(shù)據(jù)的傳送, 從而實現(xiàn)網(wǎng)絡控制；在操作臺和現(xiàn)場設有ET200S遠程站，通過PROFIBUS-DP網(wǎng)絡化分布式控制。 PLC系統(tǒng)配有多條PROFIBUS-DP網(wǎng)絡，把各區(qū)傳動系統(tǒng)及遠程操作部分分段組網(wǎng)，在提高系統(tǒng)響應速度的同時，也增加了系統(tǒng)的安全可靠性。 該網(wǎng)絡的主要特點： a．網(wǎng)絡可容納的通訊節(jié)點數(shù)量可靈活組態(tài) b．網(wǎng)絡的通信速率為500Kbps c．網(wǎng)絡通訊協(xié)議：PROFIBUS-DP d．每臺聯(lián)網(wǎng)的PLC或傳動裝置均裝有一塊網(wǎng)絡接口模塊 e．PLC與傳動間的各種控制信號和狀態(tài)信息都可以通過網(wǎng)絡實現(xiàn)（包括數(shù)字信號和模擬信號） 整個冷床區(qū)包括西門子6SAC變頻器2臺，分別作為1#正轉(zhuǎn)傳動，2#正鏈傳動， 3個ET200S作為遠程I/O，分別是液壓站，操作臺和現(xiàn)場操作箱的遠程站。另外還有1個TP177A觸摸屏作為二級主站，主CPU選擇CPU315-2DP，帶MPI/DP和 DP接口[5]?！　?在組態(tài)PROFIBUS-DP通訊時，當通訊數(shù)據(jù)為3字節(jié)或大于4字節(jié)時，就要調(diào)用SFC15給數(shù)據(jù)打包，調(diào)用SFC14給數(shù)據(jù)解包。冷床1#正轉(zhuǎn)傳動裝置的PROFIBUS地址為13，輸入輸出地址為I：348-359，Q：348-359. CBP板選為6SE7090-0xx84-0FF0/0FF5 ， PP04 ：0 PKW/6 PZD。 4控制系統(tǒng)參數(shù)設定及功能實現(xiàn) 4.1 變頻器參數(shù)優(yōu)化 變頻器參數(shù)的優(yōu)化設置是充分發(fā)揮該變頻器功能的保證。通常要對變頻器進行專家應用的參數(shù)設置，這種設置經(jīng)常用于事先不能確切了解裝置的使用條件且具體的參數(shù)的調(diào)整必須在本機上完成的情況。 在實際使用中，變頻器是用上位機通過PLC通訊控制的，當通訊故障或特殊情況時，需要用操作臺進行本地控制，這一功能的實現(xiàn)就需要使用參數(shù)組切換的功能。具體步驟如下： 內(nèi)控（通過控制柜上的按鈕）的實現(xiàn)： 圖1 變頻器控制端子圖 1、 按PRGM鍵調(diào)節(jié)上升或下降鍵，使面板顯示Pr-01，按FUNC，把里面的數(shù)值00改為01； 2、 按FUNC保存。此時變頻 已經(jīng)為外部控制，面板上的RUN鍵不起作用。把單片機板接左邊上的小鈕子開關(guān)撥到左邊，面板顯示為F0.0，即頻率為0HZ，撥回右邊顯示50HZ。 3、 變頻器正轉(zhuǎn)啟動：通過按鈕將FWD和DCM兩端接通，面板上的RUN 燈和FWD燈點亮，變頻器正向啟動；按停止按鈕，面板上的RUN 燈和FWD燈滅，變頻器停止（如圖1所示）。 4、 變頻器反轉(zhuǎn)啟動：通過按鈕將REV和DCM兩端接通，面板上的RUN 燈和REV燈點亮，變頻器反向啟動；按停止按鈕，面板上的RUN 燈和REV燈滅，變頻器停止。 5、 變頻器模擬電位器控制：在控制面板上設置參數(shù)Pr-41設為3，Pr-40設為2，Pr-39設為1，同時將端子AV1、ACM、+10V與電位計連接。 6、 變頻器點動運行設置：參數(shù)設置Pr-41設為9（點降速），Pr-40設為8（點升速），Pr-39設為0。同時點升時外部端子M1與DCM端子相連，同時點降時外部端子M2與DCM端子相連。 其中：RUN 分別為按扭，RUN為點啟 ， STOP為點停；FWD/REV 分別為正反轉(zhuǎn)開關(guān)；DCM 為地線。 外控(通過遠程PLC控制)的實現(xiàn): 6SAC系列變頻器具有內(nèi)建RS-485串聯(lián)通訊接口，串聯(lián)通訊端口（SG+、SG-）位于控制回路端子，端子定義如下：SG+信號+端，SG-信號-端。使用RS-485串聯(lián)通訊接口時，變頻器預先設置：P00=02（485串聯(lián)通訊接口控制）P01=03（RS-485串聯(lián)通訊接口控制 STOP有效） 或者P01=04（RS-485串聯(lián)通訊接口控制，STOP無效）P78=00~31（指定通訊地址，計算機根據(jù)個別地址實施控制。） 變頻器RS-485信號轉(zhuǎn)換為PROFIBUS-DP數(shù)據(jù)信號，需要配6SAC-R485-PBS模塊。 1、模塊設置 （1）. RS485（RS232）端波特率設置：打開機盒，可以撥碼開關(guān)SW，第八位為特率設置位。ON=9.6K，OFF=19.2K。出廠設置為19.2K。 （2）. 站地址設置： 撥碼開關(guān)SW的第一位至第七位為站地址設置位，OFF=1。站號可在0000000到1111110間選擇（十進制0~126）。 2、模塊安裝 將24VDC電源接入轉(zhuǎn)換模塊電源端子， 注意：正負極性。變頻器端子（SG+、SG-）分別接轉(zhuǎn)換模塊的TXD（B）端、RXD（A）端；現(xiàn)場總線的9針D型端口：3號接轉(zhuǎn)換模塊的B（4號）端，8號接轉(zhuǎn)換模塊的A（6號）端。 3、操作程序： （1）. 將雪普公司提供的GSD文件拷入組態(tài)軟件的GSD目錄下。 (2). 將模塊作為PROFIBUS-DP從站組態(tài)到PROFIBUS-DP主系統(tǒng)（分配的地址必須與模塊設置的地址一致）。將對用戶設備的操作命令從PROFIBUS-DP主站輸出數(shù)據(jù)口發(fā)送到用戶設備校驗，從用戶獲得數(shù)據(jù)由PROFIBUS-DP主站讀取。 4.2 軟件編程 軟件的實現(xiàn)是在STEP 7 V5.3環(huán)境下對變頻器進行控制的。通過PROFIBUS DP調(diào)用功能塊實現(xiàn)在主、從站之間雙向數(shù)據(jù)傳送。 在主站PLC可以通過調(diào)用Communication Blocks中 FC1 “DPRD_DAT“和FC2 “DPWR_DAT“來完成和從站的數(shù)據(jù)交換，而對于從站來說可以調(diào)用FC1 “DP_SEND“ 和FC2 ”DP_RECV“完成數(shù)據(jù)的交換。下面為實現(xiàn)通訊的部分程序。 CALL "DP_SEND" CPLADDR:=W#16#100 SEND :=P#M 10.0 BYTE 12 DONE :=M2.0 ERROR :=M2.1 STATUS :=MW3 NOP 0 CALL "DP_RECV" CPLADDR :=W#16#100 RECV :=P#M 60.0 BYTE 12 NDR :=M4.0 ERROR :=M4.1 STATUS :=MW6 DPSTATUS:=MB8 NOP 0 其中，F(xiàn)C1中W#16#100為十六進制的寫起始地址，P#M10.0 BYTE 12為從M10.0開始的12個控制字。FC2中W#16#100為讀起始地址。P#M 60.0 BYTE 12為從M60.0開始12 個狀態(tài)字。 另外通過上位機監(jiān)控軟件WINCC還可以采集變頻器的速度值和電流值。 5 上位機實現(xiàn) 冷床區(qū)上位機監(jiān)控系統(tǒng)主要功能是進行相關(guān)變頻器參數(shù)的設定、各種運行數(shù)據(jù)顯示、調(diào)整數(shù)據(jù)顯示、 現(xiàn)場設備運行狀態(tài)、各檢測元器件狀態(tài)、產(chǎn)品計數(shù)、當班當日當月的產(chǎn)品支數(shù)的記錄、故障報警等畫面顯示，由于采用上位機進行管理，編制設備自診斷功能，在設備運行過程中，能自動判斷設備運行過程中異常并給出檢修指導方式。 6 結(jié)論 雪普變頻器6SAC通過參數(shù)設置和附加控制工藝板與PLC通訊，可滿足冷床對傳動系統(tǒng)要求大速比變化、高穩(wěn)態(tài)精度等控制性能的需要。本套系統(tǒng)在天津無縫鋼管廠已投入生產(chǎn)，經(jīng)生產(chǎn)實踐證明冷床運行穩(wěn)定，工作可靠，節(jié)電率高，充分滿足了生產(chǎn)過程的需要。