作者： 汕頭市華鷹軟包裝設備總廠有限公司 邱曉淮；深圳匯川技術有限公司 張志軍 [b] 摘要：本文主要闡述采用SIEMENS S7300，S7200組成MPI網絡，以及S7300 DP主站和匯川變頻器DP從站系統組成PROFIBUS-DP網絡設計的多功能高速復合機系統。由于該系統采用了匯川MD320通用/ MD330張力控制專用變頻器來完成系統的恒張力控制。網絡主要完成數據交換和傳遞。因此整個控制系統構成簡潔，調試，維護方便，性能穩定，具有良好的數據接口，給制造廠和帶來了極大的便利性和高性價比。 關鍵詞：SIEMENS S7300/200，PROFIBUS-DP，多功能復合機，匯川MD320/330變頻器，恒張力控制。[/b] 一：概述: 復合機是指通過某種工藝方法，將兩種或者兩種以上的材料，層合在一起，形成新的一體材料的設備。經過復合之后的材料，一方面可以保持原有材料的優點，另一方面可以彌補各自的缺點。 常見的復合方法有干式復合，濕式復合，熱熔復合，擠出復合，和無溶劑復合法。干式復合式復合工藝的常見方法之一，它是在復合基材上均勻涂布一層溶劑型粘和劑，通過烘箱除去粘和劑后干燥，在熱壓狀態下與其它復合基材復合后形成復合材料。常用材料是塑料薄膜，紙張以及鋁箔等。 而無溶劑復合則指粘和劑中無溶劑，是一種環保型的材料，因此，無需對溶劑所謂的干燥，即可直接進行粘和。 很多的設備僅適用其中的一種工藝，多功能復合機則可以提供以上的兩種工藝過程，因此，適用范圍和材料的能力更強，但系統的結構也會變得復雜，造價也會顯得更高。同時由于功能的復雜性和控制單元的增多，對系統復合速度，復合效果要求更高，因此，對于選擇一種合理的控制方式，綜合技術經濟性方面提出了更高的要求。 二：一種典型的多功能復合機傳動系統分析 （一）：傳動系統簡圖 比較典型的多功能高速復合機系統的傳動系統和工藝過程如示意圖如附圖1所示。 該系統一般由兩套相對獨立的復合裝置組成，這兩套裝置完成干式有溶劑復合和無溶劑復合 從圖中可以看出，基本上電機的配置達13臺或14臺更多。 [align=center] 附圖一：多功能復合機傳動系統示意圖[/align] （二）：系統功能的分析： A：模擬信號輸入通道數 從上圖中可以看出，系統中至少需要考慮7段張力，這幾段張力控制可以根據機械的空間結構，來確定是安裝張力傳感器還是安裝浮動輥，對于匯川變頻傳動裝置而言，無論是浮動輥模式還是張力傳感器模式，其信號的性質都是一樣，采集標準的0-10V信號或4-20MA 的電流信號。 則本系統總共需要7通道模擬輸入來接受張力反饋信號。 B：模擬輸出信號通道數 根據系統中電機的分布，每臺電機需要一個張力給定或速度給定信號，因此，需要占用的AO通道數為14路，對于收卷裝置而言，錐度控制信號需要至少占用的AO通道為1路。考慮上膠電機和風機的驅動，則需要再增加至少2路的AO通道； 綜合以上的要求，則需要17個模擬信號通道（其中一路備用）。 C：普通邏輯I/O： 系統中共有收卷/放卷架共4個，每個放卷架自動測量新料卷的直徑，然后將這個直徑以通訊方式給到待換卷的變頻器，供卷曲張力變頻器使用，同時，每個放卷架完成本地的自動換卷邏輯。這樣，總計的DI/DO點數大約120個。考慮收卷/放卷功能相對獨立，因此，將收放卷獨立作成一個MPI子站，而基本框架程序可以通用，這樣，顯著提高了編程工作效率，適合現代模塊化，通用化編程思想。 D：匯川變頻器張力控制思路： MD320內置性能優良的PID控制器，加入前饋控制可使擾動最小，PID幅度可以自由調節，具有多種速度給定方式，模擬輸入通道可以0-10V任意標定； 同時多種速度給定通道可以自由切換（壓輥壓下和離開需要投入/切除PID控制）。因此，全部夾輥采用MD320+PG卡實現閉環矢量的張力控制； MD330是中心卷曲專用變頻器，支持速度模式/轉矩模式的中心卷曲，內置性能優良的卷徑計算模塊，多種卷徑計算方法，內置多曲線錐度控制器，可以適應各種材料的卷曲錐度，尤其值得一提的是預驅動功能，我們只要在適當的時候發出驅驅動命令，待換卷的變頻器即自動適應當前線速度運轉。 三：控制系統的方案： （一）：方案綱要：（方案框圖見附圖二） 綜上所述，我們可以求得性價比最好的控制系統方案。即： 1：系統劃分為兩層網絡——————-MPI網絡和PROFIBUS-DP網絡； 2：MPI網絡中，將SIEMENS TP270，TP170B，CPU314-2DP，三個S7200子站連接在一起，MPI的網絡速度最高187.5K BAUD，完全可以滿足數據交換的要求； MPI網絡主要完成各子站間的控制命令和自動直徑數據的交換；每站交換最多12 個字節； 3：PROFIBUS-DP網絡用于連接除烘箱，風機以外的所有變頻器，張力傳感信號全部進入匯川MD320/MD330變頻器，去除所有PLC的AI/AO。至于張力控制的相關參數，變頻器控制命令（如啟動/停止/預驅動/當前卷徑）等，全部由DP總線通訊完成。 （二）方案實施： 1：建立MPI網絡，先單獨賦予CPU314C-2DP，TP270-10，TP170B，及其它三個PLC以不同的站地址。地址依次為2，3，4，5，6，7。并允許TP270-10，TP170B從MPI口下載；這樣的主要目的是為了提高工作效率，采用一條PC ADAPTER，即實現一個地方全部下載和調試，無須撥插調試電纜到HMI和各PLC站； 2：建立PROFIBUS-DP網絡；配置各變頻器站地址和通訊速度，以及PPO類型。 匯川變頻器的MD32PFS卡內置于變頻器，支持PPO1，PPO2，PPO3，PPO5這5種報文類型。 特別值得一提的是：MD32PFS的PPO5，是一個客戶自定義的報文類型，其結構如下： 其中的PZD3-PZD12是一個自由地址映射區，可以訪問到變頻器的任何一個參數，這無疑加快了訪問速度，同時，增加了用戶的自由度。因此，我們決定采用PPO5。 3：調試各個變頻器張力控制系統： 對于匯川MD320/MD330而言，這是一件很輕松的事情，配置AI屬性，PID屬性，卷曲模塊的輸入輸出，卷徑計算模塊，預驅動換卷模塊。 MD330是可以實現零速度張力保持的，這是相當不錯的一個功能，這樣可以盡可能減小啟動/停止時的張力沖擊。 4：建立各個子站的控制邏輯，這個過程比較簡單，主要完成一些諸如自動卷徑測量，預驅動邏輯等，關鍵部分在于子站和S7300站之間的數據傳遞，即可以采用TP270的VB腳本來完成，也可以在S7300側采用X-PUT，X-GET函數完成。 5：報警和診斷模塊； 這個模塊也是非常重要的，DP從站掉站，DP故障，I/O訪問錯誤等，可以為用戶提供維修定位指南。依賴S7300的功能功能（使用OB85/0B86/OB122），可以方便的診斷到具體是哪個DP 子站退出循環，已經發生了何種類型的故障代碼。 [align=center] 附圖二：雙總線的控制系統方框圖 附圖三：MD32PFS的PPO5（自由參數映射區）[/align] 因為采用匯川變頻器MD330，可以直接接受張力反饋信號，并自動處理，則所有的模擬信號可以全部取消，本身DP的速度最高達到12M的波特率（要求電磁干擾防護做的非常好），DP本身的速度只要達到1.5M就已經具備了比模擬信號更快的速度。而且，模擬信號直接在變頻器內部進行轉換和運算，內部本身采用TI公司的32位DSP，具有比PLC更快的處理和運算速度。如果模擬信號經過PLC進行變換，處理（PID運算尤其占用PLC的CPU更多的掃描時間），再輸出給變頻器。如采用常規數據處理模式，一則對CPU的運算速度提出更高的要求，而需要使用更快，更昂貴的CPU和大量的AI/AO模塊，二則處理過程已經明顯比變頻器處理速度慢。 四: 雙總線的方案優勢 PROFIBUS是一種開放的總線，由SIEMENS倡導，13家企業和5家研究機構支持，80年代末已經發展成為國際標準，并在92年被中國采納為行業標準。2006年11月正式被采納為中國的國家標準。 本系統中，我們可以明顯地看到以下優勢： 1：開放性：任何支持DP標準的第三方設備，均可被掛到總線上，這樣，使工廠的自動化孤島，有可能通過這個總線被全部連接到一起（參見附圖四）。 2：實時性：PROFIBUS-DP由于采用高速芯片封裝協議，具有最高12M BPS的通訊速度，與普通的通訊最高38.4K相比，具有無可比擬的優勢； 3：極高的可靠性：PROFIBUS DP采用的令牌傳遞方式，即使有網絡站點出現故障，故障機站退出令牌循環，網絡仍然可以可靠運行，并報告錯誤。普通的通訊需要自己診斷通訊錯誤。 4：省配線：簡化維護工作：DP總線采用2芯5類電纜，所有的站點只需依賴這兩條線，即可得到完全的控制，使得很多的I/O信號不需要再連接到現場設備，使控制柜變得簡潔，并額外省去復雜的接線 5：可以去除所有的AI/AO模塊，去掉這一大塊成本； 而MPI總線，我們可以省去昂貴的ET200M子站系統。同樣達到數據交換的目的。 [align=center] 附圖四:采用總線系統的高速涂布機網絡拓撲圖（SIEMENS主站系統）[/align] 五：結束語： 該系統采用了MD320/MD330的張力控制系統（電流閉環矢量），在性能上完全可以和國外知名品牌相媲美，各張力段的控制非常穩定，換卷過程非常平穩，采用MPI和DP總線系統，在這種設備上是一種全新的嘗試，工藝上由于采用了國際領先的無溶涂布技術，整機的檔次，效果是非常理想的。該機器出口至東南亞某發達國家，完全符合當地環保，控制網絡化的要求。 參考文獻： 1：《MD320 用戶手冊V2.1》 深圳匯川技術有限公司 2：《MD330張力專用控制變頻器手冊 》 深圳匯川技術有限公司 3：《PROFIBUS現場總線控制系統的設計與開發》 孫鶴旭等編 國防工業出版社 4：《system software for 300/400 system and standard fuction》電子版 SIEMENS AG