1.概述 1250縱剪機(jī)是為滿足高精度銅板帶的加工，進(jìn)行銅帶分條、切邊，生產(chǎn)高精度帶材的機(jī)械，對(duì)成品寬度偏差、成品毛刺高度、卷取后帶材塔形度（整卷） 、錯(cuò)層、側(cè)彎、表面擦傷等有一定要求。一般來(lái)說(shuō)，其主要工藝流程是：開(kāi)卷、剪切、張力產(chǎn)生、卷取等，中間輔以上料、校平、剪切板頭、緩沖、引導(dǎo)、收卷廢邊、分卷、出料等過(guò)程。 設(shè)備在工作時(shí)開(kāi)卷機(jī)處于自動(dòng)送料狀態(tài)，帶材經(jīng)側(cè)向引導(dǎo)機(jī)構(gòu)進(jìn)入圓盤剪剪切成帶狀條料，切下來(lái)的廢邊同時(shí)由廢邊機(jī)收卷，帶狀條料通過(guò)緩沖活套坑后進(jìn)入張力站，然后由卷取機(jī)把帶材整齊地卷成筒狀，最后由卸料小車把料卷卸到儲(chǔ)料臺(tái)上。 2.profibus總線技術(shù) Profibus（Process Field bus），是一種用于工廠自動(dòng)化車間級(jí)監(jiān)控和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層數(shù)據(jù)通信與控制的現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層到車間級(jí)監(jiān)控的分散式數(shù)字控制和現(xiàn)場(chǎng)通信。 Profibus協(xié)議的結(jié)構(gòu)根據(jù)ISO7498國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)以開(kāi)放系統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)OSI為參考模型，Profibus-DP（分散型外圍設(shè)備）只用了第一層、第二層和用戶接口。第一層－PHY，規(guī)定了線路介質(zhì)、物理連接的類型和電氣特性。Profibus-DP通過(guò)差分電壓輸出的RS485實(shí)現(xiàn)電流連接。在線性拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)下采用雙絞線連接。第二層－MAC，描述了連接到傳輸介質(zhì)的總線存取方法。Profibus-DP采用一種混合訪問(wèn)方法。第二層－FLC，規(guī)定了對(duì)低層接口。第二層－FMA1/2完成第二層－MAC特定總線參數(shù)設(shè)定和第一層設(shè)定。 Profibus-DP是采用主從通訊和令牌通訊的，主站和從站之間靠主站的查詢和從站的響應(yīng)進(jìn)行通訊。主站和主站之間靠得到總線控制權(quán)（令牌）進(jìn)行通訊。RS-485是Profibus-DP最常用的一種，通稱為H2，采用屏蔽雙絞銅線電纜，只要符合Profibus-DP協(xié)議的設(shè)備都可以掛在總線上。RS-485每段最多32個(gè)站點(diǎn), 帶中繼器最多可到127點(diǎn)。傳輸可選9.6kbps～12Mbps, 最大距離12Mbit/s時(shí)為100m，用中繼器可以加大傳輸距離，網(wǎng)絡(luò)最大傳輸距離可達(dá)90km。Profibus是一種國(guó)際化、開(kāi)放式、不依賴于設(shè)備生產(chǎn)商的現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)。另外一種傳輸介質(zhì)是光纖FO傳輸，它用于干擾很大地環(huán)境。 Profibus-DP:主要用于現(xiàn)場(chǎng)級(jí)的高速數(shù)據(jù)傳輸、解決自動(dòng)控制系統(tǒng)（如PLC、PC等）通過(guò)高速串行總線與分散的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備（I/O、驅(qū)動(dòng)器、閥門等）之間的通信任務(wù)。使用 Profibus-DP可取代現(xiàn)場(chǎng)的24V或0-20mA的并行信號(hào)傳輸技術(shù)。 另外，Profibus-FMS（現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)規(guī)范）:用于過(guò)程控制站和操作員站之間的高數(shù)據(jù)量通訊，主要是解決車間監(jiān)控級(jí)通訊任務(wù)。Profibus-PA（過(guò)程自動(dòng)化）:主要用于工業(yè)防爆現(xiàn)場(chǎng)。 3.系統(tǒng)構(gòu)成 本系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖如下： 3.1硬件構(gòu)成： 操作員站（HMI）：研華IPPC9150T 可編程控制器：S7-300，CPU315；ET200等 西門子矢量型變頻調(diào)速器6SE70 3.2軟件構(gòu)成： wincc6.0、step7 V5.3、Drive ES Basic V5.1 4.系統(tǒng)主站 4.1.操作員站（HMI）（二類主站） 操作員站位于現(xiàn)場(chǎng)操作臺(tái)內(nèi)，在采用研華工控機(jī)插入CP5611網(wǎng)卡，CP5611自身不帶微處理器，是短PCI卡，可運(yùn)行多種軟件包，軟件平臺(tái)為Windows 2000，上位監(jiān)控工控組態(tài)軟件為wincc6.0 （Windows Control Center）是Windows環(huán)境下面向?qū)ο蟮?2位工業(yè)控制組態(tài)軟件，它適合任何自動(dòng)化控制系統(tǒng)，支持多種PLC系統(tǒng)。操作員站上能直觀地一方面進(jìn)行生產(chǎn)操作，比如：來(lái)料寬度、厚度，張力，速度等，一方面進(jìn)行監(jiān)控生產(chǎn)過(guò)程中的各參數(shù)，比如：速度，張力，卷徑等，可以通過(guò)棒圖、趨勢(shì)曲線等來(lái)監(jiān)控各參數(shù)的變化趨勢(shì)，有利于對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的全面了解和準(zhǔn)確及時(shí)地進(jìn)行故障判斷。 4.2S7-300CPU315-2DP可編程序控制器（一類主站） S7-300 CPU315作為控制級(jí)核心，具有DP和MPI口，采用Profibus－DP現(xiàn)場(chǎng)總線通訊連接各傳動(dòng)系統(tǒng)和分站。其主要功能有： 在電控室的工控機(jī)、PLC是建立在現(xiàn)場(chǎng)總線 Profibus網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上的，在PLC上插有通訊網(wǎng)卡為CP343-1，連接到上層信息管理網(wǎng)絡(luò)，在二級(jí)計(jì)算機(jī)上插入CP1613網(wǎng)卡與PLC通訊，同時(shí)插入以太網(wǎng)卡與工廠三級(jí)網(wǎng)絡(luò)相連，接收和發(fā)送有關(guān)生產(chǎn)信息；而另一塊為S7-315自帶的DP口，連接到底層設(shè)備控制網(wǎng)絡(luò)Profibus-DP。底層設(shè)備控制網(wǎng)絡(luò)主要作用是控制整個(gè)工藝流程和相應(yīng)運(yùn)動(dòng)，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)工業(yè)總線 Profibus網(wǎng)絡(luò)，使工藝控制系統(tǒng)的ET200和各變頻器發(fā)出的控制指令，控制各自相應(yīng)設(shè)備動(dòng)作。同時(shí)， 每臺(tái)ET200和各變頻器一方面通過(guò)網(wǎng)絡(luò)把自己的狀態(tài)信息發(fā)送到相關(guān)的PLC上，另一方面通過(guò)網(wǎng)絡(luò)接受到其它ET200和各變頻器的狀態(tài)信息，以決定下一步動(dòng)作，保證剪切線連續(xù)正常生產(chǎn)。 4.3二級(jí)計(jì)算機(jī)中： 主要提供數(shù)據(jù)歸檔、工藝參數(shù)歸檔，自動(dòng)生成班次，月報(bào)、年報(bào)或按品種規(guī)格生成的統(tǒng)計(jì)報(bào)表，和故障反饋及處理。同時(shí)可與工廠工業(yè)以太網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)。軟件平臺(tái)為Windows 2000，上位監(jiān)控工控態(tài)軟件為wincc6.0，并且二級(jí)計(jì)算機(jī)中某些權(quán)限比操作員站上的高。 5.系統(tǒng)從站 5.1ET200M（從站） 各傳感器信號(hào)和大量地I/O設(shè)備就近接入Profibus現(xiàn)場(chǎng)子站，通過(guò)IM153模塊的DP口同PLC通訊，這樣可以最大限度的減少現(xiàn)場(chǎng)接線工作，簡(jiǎn)化現(xiàn)場(chǎng)布線的復(fù)雜性，同時(shí)，可以減少信號(hào)衰減和各種干擾對(duì)信號(hào)的影響。 5.2交流傳動(dòng)系統(tǒng)（從站） 交流變頻調(diào)速技術(shù)優(yōu)越的調(diào)速性能和顯著的節(jié)能效果，使其成為現(xiàn)代化電氣傳動(dòng)的主要發(fā)展方向之一。本系統(tǒng)采用矢量控制型SEMENS 6SE70系列控制器，其特點(diǎn)： 1）標(biāo)準(zhǔn)化及模塊化。整個(gè)變頻器的結(jié)構(gòu)非常緊湊，主板及擴(kuò)展板都有是通過(guò)總線插槽連接，各組件接近，便于維修。由于集成度的提高，使裝置具有很高的可靠性。 2）適應(yīng)電源電壓波動(dòng)范圍廣，能自動(dòng)適應(yīng)電網(wǎng)頻率變化45-65HZ。 3）具有很強(qiáng)的自診斷處理功能，提供有關(guān)故障原因的補(bǔ)充信息，維護(hù)方便。 4）可采用USS、Profibus-DP、Simolink等多種方式通訊及聯(lián)網(wǎng)。 5）32位CPU全數(shù)字控制，組態(tài)功能豐富。 6）可針對(duì)具體交流電機(jī)進(jìn)行優(yōu)化，以達(dá)到優(yōu)良的控制性能。 7）頻率精度高，達(dá)到0.001Hz，頻率范圍寬，可以輸出0-600Hz的頻率。 在交流傳動(dòng)中一般使用獨(dú)立的變頻器裝置驅(qū)動(dòng)都需增加回饋單元或制動(dòng)電阻。采用回饋單元方式，其投入成本高，電路復(fù)雜，維護(hù)困難。采用制動(dòng)電阻因?yàn)槟芰咳肯脑谥苿?dòng)電阻上，是一種不經(jīng)濟(jì)的方式。因此，采用共用直流母線可以自適應(yīng)調(diào)整不同條件下被拖電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)力矩。在剪切線生產(chǎn)中，由于帶材的張力作用，開(kāi)卷機(jī)進(jìn)入了再生發(fā)電制動(dòng)狀態(tài)，發(fā)出的電能經(jīng)續(xù)流二極管整流變成直流回饋到直流母線，將制動(dòng)能量供給其他逆變器，電能節(jié)約也相當(dāng)可觀，比采用制動(dòng)電阻方式節(jié)電約30%。另外，采用直流母線技術(shù)比各獨(dú)立變頻器總投資節(jié)約20%。 6.系統(tǒng)組態(tài)和參數(shù)設(shè)置 以卷取機(jī)為例,將剪切后的帶材，以定機(jī)列速度進(jìn)行卷取，卷取實(shí)現(xiàn)張力梯度控制，梯度0－50％。 n = V/（ D＊π）＊i M=（T＊D/2）/ i 式中：D卷材直徑，i傳動(dòng)比，采用矢量控制對(duì)T（張力） 、V（線速度）適時(shí)控制，同時(shí)有M（轉(zhuǎn)矩）、n（轉(zhuǎn)速）信號(hào)輸出，保證了系統(tǒng)對(duì)張力和速度（0.5%）的精確控制。 以上列出部分速度、轉(zhuǎn)矩的梯形圖，其他的如動(dòng)態(tài)補(bǔ)償模塊、靜態(tài)補(bǔ)償模塊限于篇幅、技術(shù)等因素，不在列出，將速度、轉(zhuǎn)矩給定值轉(zhuǎn)化為傳動(dòng)模塊規(guī)定的量剛值，并由PLC傳輸給傳動(dòng)模塊進(jìn)行控制。 6SE系列變頻器/逆變器在CUVC主板上通過(guò)ADB板上插入CBP2總線適配器連接到Profibus總線上，CBP2具有電隔離的RS485口，變頻器通過(guò)CBP2的九針SUB-D的插接器連到Profibus總線上。主站能通過(guò)它對(duì)變頻器進(jìn)行運(yùn)行控制操作、調(diào)節(jié)運(yùn)行頻率、更改變頻器的功能碼、讀取變頻器的運(yùn)行狀態(tài)。變頻器也通過(guò)CBP2反饋對(duì)主站控制信號(hào)的應(yīng)答信號(hào)，主站可以根據(jù)變頻器的應(yīng)答信號(hào)判斷控制信號(hào)執(zhí)行情況。 通過(guò)Drive ES Basic V5.1軟件對(duì)變頻器進(jìn)行參數(shù)設(shè)置, 在周期性的通訊中，Profibus-DP使用PPO（對(duì)象過(guò)程類）類型作為數(shù)據(jù)傳遞的格式。它有5種PPO類型，根據(jù)信息量大小選擇PPO類型，其報(bào)文中有用數(shù)據(jù)為PKW和PZD，PKW為參數(shù)識(shí)別值區(qū)，最多4個(gè)字，主要是讀寫參數(shù) ，PZD為過(guò)程數(shù)據(jù)區(qū)，最多10個(gè)字，如：電流、速度的設(shè)定和反饋值等，主要是設(shè)定值和狀態(tài)值。本條線采用的是PPO2類型，使參數(shù)P060=2，并存儲(chǔ)在EEPROM中，參數(shù)便恢復(fù)到缺省值（工廠設(shè)定值）,此后便可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)和工藝要求設(shè)定各裝置參數(shù)。主要參數(shù)為P100控制模式, P101電機(jī)額定電壓，P102電動(dòng)機(jī)的額定電流，P107電動(dòng)機(jī)的額定頻率Hz,P108電動(dòng)機(jī)的額定速度，以及各種工藝參數(shù)的選擇設(shè)置等，參數(shù)P734與數(shù)據(jù)塊DB建立數(shù)據(jù)連接，P918變頻器地址等設(shè)定，然后下載到相應(yīng)變頻器，這樣PLC就可以與變頻器建立通訊鏈接，本例是在STEP7中的OB1組織塊中調(diào)用SFC14“DPRD_DAT”、SFC15“DPWR_DAT”系統(tǒng)功能塊同變頻器進(jìn)行讀、寫數(shù)據(jù)交換，梯形圖如下。 7.結(jié) 論 Profibus現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，極大地節(jié)約了控制電纜，使現(xiàn)場(chǎng)布線的復(fù)雜性有效的簡(jiǎn)化，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更為清晰，節(jié)約了成本，同時(shí)也大大縮短了施工、調(diào)試時(shí)間。西門子6SE系列變頻器的矢量控制，提高控制系統(tǒng)性能水平，如控制精度和動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間。公共直流母線的采用則可利用開(kāi)卷機(jī)的再生發(fā)電，降低整個(gè)機(jī)組的能耗。這些技術(shù)的應(yīng)用保證了這條線經(jīng)濟(jì)上合理，技術(shù)上先進(jìn)，滿足銅帶分條的質(zhì)量要求，更為可靠，簡(jiǎn)便，節(jié)能。