摘要：本文介紹了S7-200CN通過USS協(xié)議控制MM440變頻器來實現(xiàn)速度控制，是一種低成本、高性能的控制方案。 關鍵詞：S7-200CN MM440變頻器 USS協(xié)議 [b]一、項目介紹 1.簡介[/b] 寧波金田銅管有限公司是金田集團的全資子公司之一， 現(xiàn)占地5.6萬平方米，固定資產(chǎn)1．8億元，是專業(yè)生產(chǎn)各種空調(diào)制冷用銅管、環(huán)保銅水管及其它銅制品的專業(yè)公司。隨著空調(diào)器制造技術的不斷進步，對高效、節(jié)能、環(huán)保的要求越來越高，從20世紀70年代開始，國外先后開發(fā)了使用內(nèi)螺紋銅盤管和親水鋁箔制作蒸發(fā)器和冷凝器的新型空調(diào)器。內(nèi)螺紋管是在光管的基礎上經(jīng)過旋壓加工而成的，其與光管相比，可增加熱交換面積2-3倍，加之形成的湍流作用，可提高熱交換效率20-30%，節(jié)能15%，成為新型的換代產(chǎn)品。至20世紀80年代，該項技術已得到普遍應用，在主要銅盤管生產(chǎn)企業(yè)，內(nèi)螺紋盤管的比例一般都大于50%。 蘇州奧智機電設備有限公司一直致力于空調(diào)用銅、鋁管加工設備的研發(fā)、設計、制造及服務，為用戶提供高性價比的卓越產(chǎn)品。此項目中采用S7-200PLC通過USS通訊協(xié)議實現(xiàn)對變頻器的速度控制，整個電控系統(tǒng)體系簡明，布線簡單可靠，控制運行準確平穩(wěn)，收到了良好的效果。 2.簡要工藝介紹 內(nèi)螺紋管的制造方法目前主要有兩種： 1） 無縫銅管旋壓成形 2） 帶材軋制成形—卷管及焊接 以無縫光面銅管作為母材，旋壓成形仍是國內(nèi)最普遍的內(nèi)螺紋管生產(chǎn)方法。設備外觀如下圖： 系統(tǒng)主要由四個部分構成，盤拉、旋壓、放料、收料。銅管穿過旋壓電機內(nèi)部，當管材在盤拉的牽引下前進時，旋壓電機帶動其內(nèi)部的套環(huán)高速旋轉，套環(huán)內(nèi)的鋼球繞銅管滾動，而銅管內(nèi)襯有帶螺紋溝槽的芯頭，通過這種高速旋壓使銅管內(nèi)壁金屬充分填充芯頭溝槽，從而在銅管內(nèi)壁形成與其齒形相同的螺紋，便稱為內(nèi)螺紋銅管。旋壓電機其實是一個高速主軸，目前國內(nèi)一些銅加工生產(chǎn)企業(yè)內(nèi)的主軸速度大概在24000-35000RPM,主軸速度越高，對應的生產(chǎn)線速度就越高；在國內(nèi)早期進口的一些設備上有采用磁懸浮高速主軸的，其轉速大概在50000RPM，對應線速度可達120米/分。此項目中主軸速度在35000RPM時，變頻器對應輸出頻率需達到583HZ，而MM440最大輸出頻率為650HZ，仍有一定余量。 生產(chǎn)過程：將螺紋芯頭放入銅管內(nèi)，制頭，然后將其穿過導套，高速主軸，由夾鉗將管頭咬??；啟動運行，由盤拉電機牽引管材，高速主軸根據(jù)工藝配比，其轉速與線速度同步上升，放料、收料也按一定速度比例同步運行，在此系統(tǒng)中盤拉速度是基準。運行到設定圈數(shù)，剪切機構將管頭剪掉，拉伸速度自動提升，同時管材排放到下部收料筐。當檢測到管材尾部時，自動慢行，管尾拉出?？缀?，自動停車并回原位等待下一個工作過程。 3.控制系統(tǒng)主要器件 1） 變頻器 由于成型機的負載為恒轉矩負載，并要求有較大的起動力矩；根據(jù)這些特點，此系統(tǒng)選用MM440。 MM440是全新一代可以廣泛應用的多功能標準變頻器。它采用高性能的矢量控制技術，提供低速高轉矩輸出和良好的動態(tài)特性，同時具備超強的過載能力，能滿足廣泛的應用場合。具有標準的RS485接口，利用MM440內(nèi)部的USS標準協(xié)議，可方便組成USS串行主—從控制系統(tǒng)，硬件支持高達115.2Kb/s,可構成滿足大多數(shù)應用場合的低成本、高性能的網(wǎng)絡通訊控制系統(tǒng)。同時，可選的PROFIBUS-DP/Device-Net通訊模塊，實現(xiàn)了通訊的多樣性。 2） PLC 由于系統(tǒng)采用基于USS協(xié)議的RS-485串行總線控制方式，S7-200是不二選擇。此系統(tǒng)中選用了新型的CPU226 CN，S7-200CN繼承了S7-200的優(yōu)良品質(zhì)和卓越性能，適用于各行各業(yè)、各種場合中的檢測、監(jiān)測及控制的自動化。S7-200CN系列的強大功能使其無論在獨立運行中或相連成網(wǎng)絡皆能實現(xiàn)復雜控制功能，因此具有極高的性價比。 3） HMI 為了方便對系統(tǒng)的工藝參數(shù)，過程參數(shù)進行設置或監(jiān)控，選用了西門子TP170A作為人機界面。 [b]二、控制系統(tǒng)構成 1.硬件配置[/b] 電源模塊 SITOP 24V/10A 1塊 CPU模塊 CPU226 CN 1塊 開關量輸入模塊 EM221 CN 2塊 開關量輸入輸出模塊 EM223 CN 1塊 模擬量輸入模塊 EM231 CN 1塊 人機界面 TP170A 1個 變頻器 MM440 4臺 2.系統(tǒng)結構 根據(jù)以上的選型，組成了如下的控制結構圖： 下圖為參數(shù)設置及監(jiān)視畫面： [align=center] [/align] 3.方案比較 同樣的設備，根據(jù)用戶要求，我們也用S7-300+MM440+DP通訊來實現(xiàn)過；相比之下，此方案通訊速率明顯提高，數(shù)據(jù)采集更實時，但缺點是成本會增加。 [b]三、控制系統(tǒng) 1.USS串行總線的硬件連接[/b] USS總線是基于RS-485的物理接口，單一的RS-485鏈路最多可連接30臺變頻器，由于其采用差動電壓傳輸信號，有著很高的抗噪聲能力，最遠允許傳輸距離可達1000米，但必須在總線的末端連接終端電阻。MM440變頻器每臺都附帶終端電阻，只需在最末端那臺將其連上，PLC側采用PROFIBUS-DP總線插頭，使用時需把插頭上的開關打到ON位置，這樣實際上就接了“上拉下拉”電阻和發(fā)送端的終端電阻，這兩個上拉下拉電阻實際上就起到對網(wǎng)絡的“驅(qū)動作用”。通訊電纜采用西門子PRIOFIBUS總線電纜，有很好的抗干擾性能，同時電纜的顏色也非常好看。 2.USS軟件實現(xiàn) S7-200的編程軟件里已附帶了USS協(xié)議庫，使用這些指令可以控制變頻器及讀寫變頻器參數(shù)。當選擇USS協(xié)議指令時，會自動添加一個或幾個有關的子程序（USS1到USS7），而不需要編程者的參與。實際編程中首先要為USS變量預留400字節(jié)的V存儲器區(qū)域，然后在主程序中調(diào)用USS-INIT指令，激活將要控制的幾個變頻器通訊（注意變頻器的地址要和激活的地址相對應）；再通過調(diào)用USS-CTRL和讀寫指令來實現(xiàn)相應功能。 3.程序 為了體現(xiàn)程序的可讀性，實用性，采用了模塊化編程；具體是將程序根據(jù)控制對象進行模塊化分割，實際分為六個模塊： 1） 組織塊 用于調(diào)用其它五個塊 2） 初始化塊 用于初始化、使能與MM440的通訊，并對程序內(nèi)部一些調(diào)用的字作初始化 3） 順序控制塊 系統(tǒng)是一個以各個環(huán)節(jié)檢測執(zhí)行為條件，一步接一步的順序控制。通過 移位指令可以將機組從啟動到停止的整個工作過程貫穿起來，優(yōu)點是系統(tǒng)過程明晰、一目了然，如果在運行過程中出現(xiàn)問題，根據(jù)移位指令中目前所處的狀態(tài)，可以通過監(jiān)控很容易地找到問題所在點。 4） 執(zhí)行塊 主要用來控制外部的各種電磁閥 5） 速度控制塊 用來控制系統(tǒng)各部分電機運行及速度。通過USS_CTRL指令即可以控制激活的MM440裝置，使得程序非常簡潔、易讀。 6） 顯示塊 用來存儲與HMI通訊的相關值 4. HMI 在人機界面中共設置了四個頁面，分別是主頁面，參數(shù)設定頁面、狀態(tài)顯示頁面、故障報警頁面。便于直觀地進行操作及維護。 四、項目運行 系統(tǒng)自2006年8月投入使用，經(jīng)過連續(xù)不間斷的運轉，一直保持穩(wěn)定運行；同時由于操作簡便，適應性強，深受用戶好評。這也是對西門子自動化產(chǎn)品的一種肯定。 五、應用體會 通過本項目的設計、調(diào)試，認為有以下幾個方面值得重視： 1.變頻器本體要用大截面積導線直接連到接地母排，開關電源的M要接地。 2.變頻電機的連接電纜須采用屏蔽電纜，并雙端接地。 3.由于變頻器本身是強干擾源，加之此系統(tǒng)中高頻電機的頻率須達到580HZ,因此進線端一定要配置進線電抗器；同時通訊電纜須采用西門子PROFIBUS標準電纜。 4.TP170A的通訊電纜最好能單獨走線，如不能則需穿鐵管，鐵管兩端要接地。 總之，通過本項目的成功開發(fā)與應用，體現(xiàn)了西門子自動化產(chǎn)品的穩(wěn)定性，易用性，靈活性以及較高的性價比。