PN370 密煉機電氣控制系統(tǒng)升級改造

劉海利，張 慧

(風(fēng)神輪胎股份有限公司，河南焦作 454003)

PN370 密煉機是我公司20 世紀(jì)90 年代引進意大利POMINI 公司產(chǎn)品，其控制系統(tǒng)采用西門子S5系列PLC，該系列產(chǎn)品已逐漸被淘汰，很難訂購;直流調(diào)速系統(tǒng)采用RBF 產(chǎn)品，因元器件老化，信號漂移，速度調(diào)節(jié)精度不準(zhǔn)，難以滿足工藝要求，且其故障率高，關(guān)鍵部件廠家停產(chǎn);故障報警提示功能不全，無法進行追溯;主驅(qū)動與輔機控制信息交換的線路復(fù)雜，故障點多，排除故障耗時費力，系統(tǒng)亟待升級。

1 系統(tǒng)改造方案

鑒于電控柜內(nèi)空氣開關(guān)、接觸器等大部分元器件型號過時陳舊，停機改造時間及空間限制，對控制室主、輔機柜體及柜內(nèi)元件整體更新。主機與輔機CPU 合二為一，組建以S7 -300 為控制中心的PROFIBUS- DP 網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)主機與輔機信息交換，以Peer to Peer 裝置對裝置通訊實現(xiàn)兩臺電機主從控制，簡化原有線路，配置人機界面設(shè)備，完善報警信息。由于控制室至設(shè)備現(xiàn)場動力、控制線路狀況良好，不再進行更新。

2 改造實施過程

2.1 硬件選型

①空氣開關(guān)、接觸器類選用施耐德系列產(chǎn)品;②CPU、數(shù)字、模擬量輸入輸出模塊選用S7 -300 系列PLC，與控制系統(tǒng)相匹配;③直流調(diào)速器選用西門子6RA70 系列全數(shù)字直流調(diào)速器，配置CBP2 PROFIBUS 通訊板;④人機界面HMI 設(shè)備選用西門子TP270;⑤柜內(nèi)直流調(diào)速器、空氣開關(guān)、接觸器、模塊型號滿足現(xiàn)場負荷使用要求。

2.2 硬件組態(tài)

①使用西門子編程軟件對選用的S7 系列CPU、數(shù)字、模擬量輸出模塊進行組態(tài)，分配I/O 地址。②構(gòu)建PROFIBUS -DP 通信網(wǎng)絡(luò)，在DP 網(wǎng)中插入一個接口模塊153 - 1，DP 地址為8;插入兩個DC MASTER CBP2，DP 地址分別為9 和10，設(shè)置其“DC MASTER CBP2”組態(tài)報文格式，可以看到PZD 報文地址;組態(tài)TP270，分配地址為11，并將接口改為profibus。

這樣即完成CPU 主站與擴展、兩臺西門子直流調(diào)速器從站及觸摸屏網(wǎng)絡(luò)組態(tài)。如下頁圖1 所示。

③TP270 和SIMATIC S7 PLC 是通過變量、用戶數(shù)據(jù)區(qū)和網(wǎng)絡(luò)進行通訊。用Wincc flexible 工具創(chuàng)建項目，在組態(tài)中，選擇“通訊?連接”，配置TP270 DP 地址、波特率等參數(shù)，建立PC 機與TP270 連接，如圖下頁2 所示。

對設(shè)備所有報警信息進行詳細定義，創(chuàng)建指向特定PLC 地址的變量，保存編譯后，下載即可。如下頁圖3 所示。

④通過直流調(diào)速器Peer to Peer 裝置對裝置通訊，實現(xiàn)兩臺直流調(diào)速器主從控制，進行數(shù)據(jù)交換。接線圖如下頁圖4 所示。

圖1 CPU 主站與擴展、兩臺西門子直流調(diào)速器從站及觸摸屏網(wǎng)絡(luò)組態(tài)

圖2 PC 機與TP720 連接的建立

圖3 詳細定義設(shè)備警報信息

2.3 PLC 程序編寫

①使用西門子軟件，把S5 原程序轉(zhuǎn)化為S7 程序，并對模擬量程序進行編寫，分別在S7 程序中用OB1 組織塊塊調(diào)用;②用S7 組態(tài)的I/O 地址替換已轉(zhuǎn)化程序相應(yīng)的地址;③S7 -300 與6RA70 直流調(diào)速器通訊功能是新增的，編寫功能塊并在OB1 中調(diào)用。

根據(jù)系統(tǒng)實現(xiàn)功能，為便于編寫程序及直流調(diào)速器參數(shù)設(shè)置，要定義好PLC 存放數(shù)據(jù)地址，主、從直流調(diào)速器參數(shù)地址和相應(yīng)連接字，對應(yīng)關(guān)系如表1 所示。

圖4 兩臺直流調(diào)速器主從控制、進行數(shù)據(jù)交換

表1 PLC 與直流調(diào)速器CBP2 數(shù)據(jù)交換

密煉機是大功率設(shè)備，由兩臺1 100 kW 直流電機同軸驅(qū)動，主動裝置工作在速度環(huán)狀態(tài)，而從動裝置工作在電流環(huán)狀態(tài)，從動裝置通過peer to peer 網(wǎng)絡(luò)接收來自主動裝置發(fā)送來的電流給定、速度實際值和控制字1，實現(xiàn)主從控制。在此要設(shè)置要好主從裝置相關(guān)參數(shù)，詳見表2。

程序的編寫要用到STEP7 中系統(tǒng)功能SFC14 DPRD_DAT 和SFC15 DPWR_DAT，用SFC14 DPRD_DAT PLC 讀取數(shù)據(jù)，SFC15DPWR_DAT PLC 傳輸數(shù)據(jù)，達到控制直流調(diào)速器運行的目的。

表2 主從裝置相關(guān)參數(shù)

2.4 調(diào)試運行

控制系統(tǒng)軟硬件設(shè)計、安裝到位后，即可進行調(diào)試，調(diào)試是系統(tǒng)改造的重要環(huán)節(jié)，要預(yù)先制定周密調(diào)試方案，否則可能會因失誤導(dǎo)致嚴重后果。

調(diào)試除了確保通信網(wǎng)絡(luò)暢通，附屬設(shè)備各電機轉(zhuǎn)向、閥件、接近開關(guān)、信號燈等工作正常。主從直流調(diào)速器的調(diào)試尤為關(guān)鍵，先分離電機與主減速機，分別設(shè)定主從直流調(diào)速器有關(guān)電動機額定功率、電壓、電流、轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩限幅等參數(shù)，調(diào)整勵磁電流達到電機額定值，進行電流環(huán)優(yōu)化; 確認主從電機同向運轉(zhuǎn)后，連接電機和減速機，再進行速度環(huán)優(yōu)化，并對電動機轉(zhuǎn)速進行實測，確保與設(shè)定轉(zhuǎn)速一致。調(diào)試完成后，設(shè)備可投入運行，運行初期，監(jiān)控好各電控柜內(nèi)和現(xiàn)場設(shè)備電氣元器件工作溫度、負荷電流，若有異常，及時處理，以免造成損失。

3 結(jié)論

控制系統(tǒng)改造后，運行穩(wěn)定，速度控制精確，設(shè)備故障率較低，由于有完善的報警顯示，故障處理時間大大縮短，有力地保障了生產(chǎn)。同時通過項目實施，西門子PLC、觸摸屏、直流調(diào)速器等工控產(chǎn)品知識得到了充分實踐和應(yīng)用。