基于Profibus-DP总线

基于Profibus-DP总线交流伺服系统、变频系统应用一例一．总体介绍本例介绍基于Profibus-DP总线西门子交流伺服系统、交流变频牵引系统在化纤行业短纤维生产线中的应用。洛阳实华化纤厂新上的三条涤纶纺丝牵伸及后加工处理生产线，设计规模为年产五万/条。主要包括三条每条年产五万吨的联苯锅炉加热系统，熔体输送系统，纺丝计量泵系统，七辊牵引交流变频牵引系统，气流输送盛丝桶铺丝机伺服系统以及后加工处理生产线。熔体直接纺大容量涤纶纺丝生产线的工艺流程：熔体增压泵---熔体输送管---纺丝箱体---计量泵---中心内环吹装置---卷绕机---牵引机---喂入机---盛丝桶铺丝机。二．控制系统原理本联合机分三条线，每条线含6个纺丝箱，36个纺丝位，每个纺丝位配置一台高精度的计量泵，共计108个纺丝位。直纺熔体经增压泵增压后由熔体输送管将熔体输送至纺丝箱，经计量泵计量后由喷丝板喷出，通过中心内环吹装置，受空气冷却固化后进入卷绕机，各纺丝位丝束经过上油装置后进入牵引机，再由喂入机送入盛丝桶铺丝机上的盛丝桶中。本联合机的控制系统分两部分；一部分为由熔体增压泵---熔体输送管---纺丝箱体---计量泵---中心内环吹装置---卷绕机组成，另一部分由牵引机---喂入机---盛丝桶铺丝机组成。本例介绍由牵引机---喂入机---盛丝桶铺丝机组成的控制系统。卷绕出来的丝通过牵引机、气流喂入机输送，源源不断的送入盛丝桶中，盛丝桶铺丝机往复运动。将丝束均匀的一层一层的铺在盛丝桶中。牵引机、盛丝桶铺丝机运行好坏,直接影响盛丝桶中盛丝的长度及每层铺丝的均匀程度，从而直接制约涤纶短纤前纺、后纺的生产，对涤纶短纤丝的成品质量有很大的影响。要求牵引机能保证安全可靠的运行、盛丝桶铺丝机能实现智能化精确控制。为此我们在设计生产牵引机、盛丝桶铺丝机时，采用了基于Profibus-DP总线的西门子交流变频牵引系统、交流伺服系统的人性化控制系统，由一台S7-300PLC控制牵引机、盛丝桶铺丝机的运动。1.控制系统原理图2.主站一级主站S7-300PLC：牵引机---喂入机---盛丝桶铺丝机组成的控制系统由一台S7-300PLC控制，卷绕出来的丝通过牵引机、气流喂入机输送，源源不断的送入盛丝桶中，为丝的后加工处理生产做好准备。通过Profibus-DP总线，PLC负责在预定的信息周期内循环，并与从站交换信息，发送控制信息，读取从站的状态等；并与上位机二级主站交换信息，用于系统操作与监视等。二级主站OP270：牵引机---喂入机---盛丝桶铺丝机的人机操作界面OP270通过Profibus-DP总线连接PLC；人机界面以简洁、清晰的风格组态各个操作画面，画面上准确明了地以图形方式表示出当前生产线设备工况，如停止、运行、速度和故障等信息并以不同颜色、图形和文字表示。通过界面上的操作，可对牵引机---喂入机---盛丝桶铺丝机的速度进行设定和修改；牵引、喂入机系统设置中速和工艺速二档速度。实现系统的工艺参数设置、运行控制、工况显示、报警显示等功能。人机操作界面OP270画面：牵引机---喂入机参数设定界面牵引机---喂入机运行状态界面牵引机---喂入机故障状态界面3.从站（1）从站MM440牵引机上的每一个牵引辊电机，都由各自的一台西门子MM440变频器控制，系统有10个MM440从站。卷绕出来的丝通过牵引机上牵引辊送入盛丝桶铺丝机时，由于丝束在每个牵引辊上的包角不同，因此丝束在每个牵引辊上的作用力也就不相同。在丝束的作用下，使牵引辊会产生倒拖现象，即牵引辊电机有的处于发电状态，有的处于电动状态。处于电机发电状态的现象称倒拖现象，处于发电状态的电机产生再生能量，使驱动该电机的交流变频器直流母线电压过高，当交流变频器直流母线电压超过额定值时，交流变频器过压保护装置动作，致使牵引机停车无法正常生产。一般解决倒拖现象的方法有能量消耗法、能量回馈法、并联直流母线吸收法等，能量消耗法是在每个交流变频器直流回路中并联电阻，通过电阻以发热的形式将再生能量消耗掉；能量回馈法是在每个交流变频器直流回路中并接一能量回馈装置，当电机处于倒拖运行时，启动能量回馈装置将再生能量回馈到电网侧；并联直流母线吸收法是根据需要将交流变频器直流母线接在一起，当某一电机处于倒拖运行时，其变频器产生能量通过公共直流母线将能量回馈给处于电动状态的变频器，从而保持直流母线电压的稳定，使牵引机能正常生产。MM440变频器通过Profibus-DP总线连接S7-300PLC，操作人员通过操作屏OP270实时修改各种参数和动作控制，能在操作屏OP270上监视各电机和变频器运行的状态，实现最优控制，满足生产工艺的需要。（2）从站伺服驱动器和逆变器系统有一台西门子书本型伺服驱动器、一台西门子书本型逆变器。盛丝桶铺丝机安装在牵引机的下一层，是前纺生产线的最后一道工序。当牵引机源源不断的将丝束送入盛丝桶铺丝的盛丝桶中时，盛丝桶铺丝机按照要求的规定动作进行前后、左右往复运动。将丝束均匀的一层一层的铺在盛丝桶中。盛丝桶铺丝机运动看是简单，但其逻辑动作要求特别严格，前后、左右往复运动位移要求准确可靠。这样才能保证丝束均匀的一层一层的铺在盛丝桶中，为丝的后加工处理生产打下良好基础，为此盛丝桶铺丝机在设计上采用了伺服系统。伺服系统采用直流供母线的接线方式，由逆变器将直流转换成交流，供伺服驱动器使用，如下图所示。伺服系统由交流伺服驱动器、交流伺服电机、编码器、通讯端口、等组成，是一个闭环控制系统，当给定量随机变化时，系统能使被控量准确无误地跟踪并复现给定量。SIEMENS交流伺服驱动器有很强的功能，有着灵活多样的控制方式，有速度控制方式、位置控制方式、返回参考点控制方式、自动控制方式、凸轮控制方式、虚拟主轴控制方式、同步控制方式等，能通过伺服驱动器自身参数的调整，提高控制精度。本伺服系统采用位置控制方式，位置控制的根本任务就是使交流伺服电机对位置指令的精确跟踪。伺服系统结构图三.结语本系统是人机界面、PLC、变频器、伺服系统和Profibus-DP总线应用的结合，采用了基于现场总线的控制系统，系统高度稳定可靠，有很强的抗干扰能力，开放式的总线结构，可容纳第三方设备，采用功能强大的Siemens友好人机界面，使牵引机---喂入机---盛丝桶铺丝机控制更具有智能化与人性化。本控制系统在涤纶纺丝生产线中的应用，降低了系统设计、制造、安装、维护的成本，并提高了系统的控制精度和系统的可靠性。满足化纤行业短纤维生产线中工艺需要，现已应用到相应的出口产品生产线上。参考文献1.基于PROFIBUS-DP的SIMATIC_S7-300通讯及网络组态研究2.基于PROFIBUS现场总线的交流伺服驱动器从站研究3.西门子PROFIBUS-DP教材4.Protool组态图形显示