基于Profibus現(xiàn)場(chǎng)總線的交流伺服控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1. PLC控制程序設(shè)計(jì)

    系統(tǒng)中以西門(mén)子S7-315-2DP作為Profibus現(xiàn)場(chǎng)總線主站提供與力士樂(lè)位置控制器CLM直接而便利的高速循環(huán)通信服務(wù)，通訊速率高、控制適時(shí)性好、抗干擾能力強(qiáng)且編程簡(jiǎn)單。在PLC編程軟件STEP7中導(dǎo)入位置控制器CLM設(shè)備數(shù)據(jù)庫(kù)文件(IN2_04eb.gsd)，完成硬件網(wǎng)絡(luò)組態(tài)，為位置控制器分配網(wǎng)絡(luò)地址，該地址必須與控制器參數(shù)中設(shè)置的相同，在組織塊OB中選用SFC14“DPRD_ DAT”，SFC15“DPWR_ DAT”系統(tǒng)功能塊向位置控制器接收/發(fā)送過(guò)程數(shù)據(jù)。

    在位置控制器參數(shù)B007中設(shè)置與主站的總線通訊率，參數(shù)B008中設(shè)置從站網(wǎng)絡(luò)地址，并選擇參數(shù)過(guò)程數(shù)據(jù)對(duì)象(PPO)類(lèi)型，這樣系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備與PLC之間通過(guò)Profibus-DP總線可以完成數(shù)據(jù)的讀寫(xiě)和控制數(shù)據(jù)的傳輸，如控制字、狀態(tài)字、給定值和實(shí)際值等。除過(guò)程數(shù)據(jù)外，Profibus-DP也傳輸傳動(dòng)系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)置和診斷信號(hào)。

    PLC根據(jù)聯(lián)動(dòng)線的運(yùn)行速度、操作指令及裁斷裝置的狀態(tài)對(duì)皮帶、刀架進(jìn)行協(xié)調(diào)控制。胎面在兩條運(yùn)輸帶之間的貯存量使傳感器產(chǎn)生相應(yīng)模擬量輸出信號(hào)，并與前段運(yùn)輸帶的速度綜合起來(lái)按照一定的算法決定裁斷皮帶的運(yùn)行速度，從而通過(guò)PLC相應(yīng)地改變速度使運(yùn)輸帶協(xié)調(diào)平穩(wěn)運(yùn)行。用戶根據(jù)產(chǎn)品生產(chǎn)需要相應(yīng)設(shè)置胎面裁斷長(zhǎng)度等參數(shù)，通過(guò)總線完成PLC與位置控制器之間的數(shù)據(jù)傳輸。

    2. 位置控制器CLM的伺服程序設(shè)計(jì)

    力士樂(lè)位置控制器CLM是一種緊湊型、模塊化二/四軸數(shù)控系統(tǒng)，直接驅(qū)動(dòng)力士樂(lè)DKC伺服驅(qū)動(dòng)器完成交流伺服電機(jī)的精確定位運(yùn)行，本系統(tǒng)中二套力士樂(lè)DKC伺服驅(qū)動(dòng)器分別完成傳送帶定長(zhǎng)傳送和裁斷刀架橫移的控制。位置控制器帶有豐富的指令集，可在其操作面板或裝有編程軟件(MotionManger)的計(jì)算機(jī)上完成控制程序的編寫(xiě)。

    裁斷伺服控制程序框圖如圖3所示，程序主要由總線通訊、傳送皮帶控制和裁斷刀架控制三部分組成。控制器與PLC之間控制和狀態(tài)信息的傳送由總線通訊程序完成，控制器接收PLC傳送的控制信息如速度值、長(zhǎng)度值和操作指令等，同時(shí)將運(yùn)行狀態(tài)信息傳送給PLC進(jìn)行分析、顯示；傳送帶控制程序完成傳送帶伺服電機(jī)運(yùn)行的速度和位置控制，進(jìn)行胎面裁斷的精確定長(zhǎng)和平穩(wěn)快速運(yùn)行；裁斷刀架控制程序完成裁斷刀架橫向移動(dòng)切割和其輔助裝置的控制，保證裁刀動(dòng)作的正常執(zhí)行，得到較好的切割端面。

圖3 伺服控制程序框圖

    3. 監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

    系統(tǒng)以PLC為第一主站和以工業(yè)PC為第二主站，其中工業(yè)PC作為上位機(jī)，提供良好的人機(jī)交互環(huán)境，實(shí)現(xiàn)對(duì)整條生產(chǎn)線的生產(chǎn)管理和監(jiān)控，并實(shí)現(xiàn)連接到車(chē)間級(jí)INTRANET網(wǎng)絡(luò)。第一主站(主控PLC)是整個(gè)胎面生產(chǎn)線控制系統(tǒng)的核心，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程數(shù)據(jù)的采集和處理，以及控制信號(hào)的發(fā)送與工業(yè)PC的通訊，以便于操作人員監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備。整個(gè)系統(tǒng)的操作、工作狀態(tài)及測(cè)量分析結(jié)果在工業(yè)PC上進(jìn)行圖形顯示監(jiān)控，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線由PLC上傳相關(guān)數(shù)據(jù)信息，處理系統(tǒng)報(bào)警，存儲(chǔ)歷史數(shù)據(jù)，生成各類(lèi)報(bào)表，并進(jìn)行圖形顯示及人機(jī)對(duì)話，向PLC下傳相關(guān)控制命令，從而實(shí)現(xiàn)監(jiān)控計(jì)算機(jī)與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備之間的信息管理。

    裁斷控制人機(jī)界面采用TP270觸摸屏，通過(guò)Profibus總線與PLC主機(jī)連接。對(duì)于觸摸屏的編程，采用西門(mén)子公司提供的ProTool/ProCS組態(tài)軟件進(jìn)行編程組態(tài)。ProTool/ ProCS完整的圖形用戶界面加上軟件本身自帶的項(xiàng)目組態(tài)向?qū)г试S用戶方便地創(chuàng)建面向?qū)ο?、基于符?hào)的各種項(xiàng)目。在ProTool/ ProCS中界面上的操作單元與執(zhí)行器之間通過(guò)PLC利用變量進(jìn)行通訊，即在HMI可以直接讀或?qū)懙腜LC上的存儲(chǔ)地址。軟件設(shè)計(jì)思想是在完成基本人機(jī)交互功能的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了一套讓操作者能夠自學(xué)習(xí)操作規(guī)程的軟件系統(tǒng)。通過(guò)人機(jī)界面，操作者即能設(shè)置一些基本的參數(shù)，如定長(zhǎng)值、誤差調(diào)整、裁斷次數(shù)等，也可以監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的報(bào)警狀態(tài)，學(xué)習(xí)系統(tǒng)的操作規(guī)范以及密碼設(shè)置等。自動(dòng)運(yùn)行按照設(shè)備設(shè)計(jì)的動(dòng)作流程進(jìn)行自動(dòng)運(yùn)行控制時(shí)，一些需要調(diào)整的參數(shù)，如速度、位置等可以方便的在觸摸屏上進(jìn)行調(diào)整、修定。異常停止當(dāng)定位模塊、伺服驅(qū)動(dòng)器、行程開(kāi)關(guān)以及機(jī)器異常時(shí)伺服馬達(dá)都應(yīng)該立即停止運(yùn)轉(zhuǎn)，并產(chǎn)生異常碼顯示在觸摸屏上，以便維修人員及時(shí)了解發(fā)生的問(wèn)題。

    三、結(jié)語(yǔ)

    本控制系統(tǒng)充分利用了PLC、Profibus現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)和伺服控制等先進(jìn)技術(shù)，系統(tǒng)采用分布式開(kāi)放結(jié)構(gòu)，響應(yīng)速度快，組態(tài)靈活，控制功能完善，操作簡(jiǎn)單規(guī)范。定長(zhǎng)裁斷系統(tǒng)設(shè)計(jì)完成后已在多家全鋼子午輪胎生產(chǎn)線中投入使用，控制精度達(dá)到±1mm，實(shí)踐證明該套基于Profibus- DP現(xiàn)場(chǎng)總線的控制系統(tǒng)安全可靠，故障率低，產(chǎn)品完全滿足下道工序的高標(biāo)準(zhǔn)要求，具有較高的生產(chǎn)和管理自動(dòng)化水平，提高了生產(chǎn)效率，創(chuàng)造了較好的經(jīng)濟(jì)效益。