詹建勝

摘要：本文主要對(duì)如何應(yīng)用西門子ET200S FC變頻器對(duì)我公司制絲車間儲(chǔ)柜分配小車傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行變頻改造進(jìn)行介紹，并著重對(duì)ET200S FC變頻器的特點(diǎn)、基本組成、硬件安裝與配置、控制程序的實(shí)現(xiàn)以及變頻器參數(shù)組的操作進(jìn)行了詳細(xì)的闡述。

關(guān)鍵詞：分配小車 Profibus-DP 分布式I/O 變頻器 ET200S FC

一、引言

Profibus 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，可實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備到車間級(jí)監(jiān)控的分散式數(shù)字控制和現(xiàn)場(chǎng)通信網(wǎng)絡(luò)，從而為實(shí)現(xiàn)工廠綜合自動(dòng)化、設(shè)備智能化提供可行的解決方案。煙草行業(yè)自動(dòng)化水平高，基于Profibus-DP現(xiàn)場(chǎng)總線的西門子SIMATICET200S 分布式I/O系統(tǒng)在煙草行業(yè)的應(yīng)用已十分廣泛，而西門子全新概念的分布式I/O系統(tǒng)變頻器ET200S FC同時(shí)集成普通交流驅(qū)動(dòng)、軟啟動(dòng)和變頻驅(qū)動(dòng)的功能，具有高度的系統(tǒng)集成度和控制靈活性，憑借它先進(jìn)的理念和優(yōu)越的性能逐漸得到市場(chǎng)的認(rèn)可，目前，該變頻器在我公司制絲車間得到了首次成功應(yīng)用。

二、 存在問(wèn)題與改造目的

1、 儲(chǔ)柜分配小車的工作原理

如右圖1所示，當(dāng)煙葉進(jìn)柜時(shí)，儲(chǔ)柜上方布料車往復(fù)行走將煙葉平鋪在儲(chǔ)柜內(nèi)，而兩個(gè)儲(chǔ)柜上的分配小車具有分配煙葉到A柜或B柜的功能，同時(shí)小車在儲(chǔ)柜寬度方向上以步進(jìn)的方式往復(fù)行走，保證煙葉在儲(chǔ)柜寬度方向上鋪滿。

2、 存在的問(wèn)題

① 分配小車行走是靠電機(jī)經(jīng)減速機(jī)后驅(qū)動(dòng)鏈條來(lái)傳動(dòng)，由于小車步進(jìn)時(shí)要頻繁起、停，對(duì)鏈輪、鏈條造成一定沖擊，日積月累，就會(huì)出現(xiàn)鏈輪磨損嚴(yán)重及鏈輪打滑的故障。

② 分配小車行走電機(jī)后端自帶有剎車裝置，由于起、停過(guò)于頻繁，剎車容易出故障。

3、 改造的目的

為了解決上述問(wèn)題，我們必須對(duì)分配小車原有的驅(qū)動(dòng)進(jìn)行改造，主要目的有：

① 使分配小車能夠起、停平順，減小沖擊；

② 希望通過(guò)改造把原有驅(qū)動(dòng)電機(jī)的剎車裝置拆除，減少故障點(diǎn)，同時(shí)又要能夠保證小車正常運(yùn)行。

三、 確定改造方案

1、 變頻器驅(qū)動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)

① 高速響應(yīng)、低噪聲、高精度平滑無(wú)級(jí)調(diào)速；

② 變頻驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)加、減速比較平緩，起動(dòng)電流較小，可以進(jìn)行較高頻率的起停；

③ 變頻驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)很容易實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的正、反轉(zhuǎn)；

④ 變頻驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)制動(dòng)時(shí)，變頻器可以利用自己的制動(dòng)回路，而無(wú)需再增加電機(jī)剎車裝置。

2、 方案一：采用帶Profibus-DP接口的變頻器

由于控制系統(tǒng)采用Profibus-DP現(xiàn)場(chǎng)總線，我們?cè)谶x擇時(shí)就采用帶Profibus-DP接口的變頻器，此方案有如下優(yōu)、缺點(diǎn)：

① 優(yōu)點(diǎn)：

該類變頻器在本車間應(yīng)用廣泛，且已有近十年的應(yīng)用歷史，備件多，技術(shù)人員運(yùn)用熟練，改造難度小。

② 缺點(diǎn)：

原系統(tǒng)采用安裝在現(xiàn)場(chǎng)控制子站箱內(nèi)的ET200S分布式I/O電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元來(lái)控制電機(jī)，若變頻器安裝在主電控柜內(nèi)，則必須重新布線，由于距離遠(yuǎn)，這勢(shì)必會(huì)增加成本，而降低穩(wěn)定性；而現(xiàn)場(chǎng)控制子站箱無(wú)法容納下該類變頻器，若變頻器安裝在現(xiàn)場(chǎng)，則難以避免現(xiàn)場(chǎng)較多粉塵的影響，同時(shí)又影響現(xiàn)場(chǎng)整潔與美觀。

3、 方案二：采用西門子SIMATIC 分布式I/O系統(tǒng)變頻器ET200S FC

這是西門子近幾年剛推出的可以整體嵌入ET200S分布式I/O系統(tǒng)的變頻器, 此方案有如下優(yōu)、缺點(diǎn)：

① 優(yōu)點(diǎn)：

a. 模塊化設(shè)計(jì)，整體嵌入ET200分布式I/O系統(tǒng)，可以直接安裝在原控制子站箱內(nèi), 將原系統(tǒng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元替換掉，既防塵又美觀；

b. 無(wú)須重新布線，不占用Profibus-DP站點(diǎn)；

c.安裝方法簡(jiǎn)單,組態(tài)靈活方便, 運(yùn)行安全可靠；

d. 制動(dòng)過(guò)程中可以將能量回饋給電網(wǎng)，無(wú)須添加制動(dòng)單元。

② 缺點(diǎn)：

改造前該變頻器從沒(méi)有在我公司使用過(guò)，技術(shù)人員沒(méi)有相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，改造存在一定難度。

4、 改造方案確定

① ET200S FC變頻器有諸多優(yōu)點(diǎn)，在本項(xiàng)目中有著較明顯的優(yōu)勢(shì)；

② ET200S FC變頻器最大可以驅(qū)動(dòng)4.0kw的電機(jī)，而分配小車電機(jī)功率為3kw。

綜上所述，我們決定嘗試采用ET200S FC變頻器。

四、 實(shí)施改造方案

1、 ET200S FC 變頻器選型與安裝

ET 200S FC 變頻器本身由控制單元和功率模塊組成，本項(xiàng)目變頻器的控制單元采用ICU24 標(biāo)準(zhǔn)型，功率模塊采用 IPM25 FSB 4.0 kW，現(xiàn)場(chǎng)硬件安裝好后如右圖2所示。

2、 用SIMATIC Manager(管理器)完成硬件配置

STEP7 是SIMATIC 自動(dòng)化系統(tǒng)組態(tài)和編程的基本軟件包， ET 200S FC 變頻器是通過(guò)STEP7 集成到SIMATIC S7 控制系統(tǒng)中的。通訊協(xié)議采用標(biāo)準(zhǔn)化的PROFIBUS-DP 協(xié)議，ET 200S 系統(tǒng)中可以含有一個(gè)或多個(gè)ET 200S FC 變頻器和其他ET200S 模塊。

如左圖3所示，我們?cè)贖W Config軟件中將ET200S FC變頻器嵌入到原控制所在的ET200S分布式I/O系統(tǒng)中，其子站名稱為S39，Profibus-DP 地址為3, 在硬件配置中我們僅需要組態(tài)ICU 24控制單元就行了，IPM25功率模塊是從控制單元進(jìn)行控制的，而且不需要組態(tài)，但I(xiàn)CU24的輸入地址范圍和輸出地址范圍必須相同，本項(xiàng)目中ICU24的輸入、輸出地址范圍為1408-1415，設(shè)置好后就完成了硬件配置。

3、在用戶程序中實(shí)現(xiàn)對(duì)ET200S FC 的控制

ET200S FC必須通過(guò)專用的FB100來(lái)建立與PROFIBUS主站間的通信。

設(shè)置ICU的起始地址 LADDR= W#16#580

設(shè)定工作頻率 FREQ_SET=DB200.DBW380

輸入控制數(shù)據(jù) CTRL=MD96

當(dāng)MD96= DW#16#47A 時(shí)表示快速停車

當(dāng)MD96= W#16#47F時(shí)表示正向啟動(dòng)

當(dāng)MD96= W#16#C7F時(shí)表示反向啟動(dòng)

變頻器實(shí)際頻率顯示 FREQ= DB200.DBW382

變頻器的狀態(tài)字顯示 STAT= DB200.DBW384

ET 200S FC 故障指示

ERR_NO_VALID= DB200.DBX102.1 數(shù)值為1時(shí)表示無(wú)故障

ET 200S FC 故障代碼ERR_NO= DB200.DBW388

4、 ET200S FC 參數(shù)組的操作

ET 200S FC 變頻器的參數(shù)化調(diào)試是通過(guò)其控制模塊ICU24的RS232 接口，基于PC 的“STARTER”調(diào)試軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)的，通過(guò)“STARTER”可以設(shè)置參數(shù)、監(jiān)控參數(shù)，變頻器運(yùn)行時(shí)可以手動(dòng)進(jìn)行參數(shù)組的上裝和下載。我們可以把參數(shù)組存放在PC 計(jì)算機(jī)里，這樣便于日后ICU24控制單元的維護(hù)。

五、總結(jié)

通過(guò)對(duì)儲(chǔ)柜分配小車傳動(dòng)系統(tǒng)的變頻改造，解決了原傳動(dòng)系統(tǒng)沖擊大，剎車裝置故障多的問(wèn)題，同時(shí)西門子全新概念分布式I/O系統(tǒng)變頻器ET200S FC也在我公司得到首次成功應(yīng)用,為今后我公司在變頻器的應(yīng)用上提供了更廣闊的空間?！?/p>

參考文獻(xiàn)：

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4.西門子（中國(guó)）有限公司技術(shù)支持部 用于分布式I/O系統(tǒng)的變頻器產(chǎn)品簡(jiǎn)介 2005.1