PLC和6RA70在传动装置负荷试验系统改造设计中的应用

摘 要：文章介绍了PLC通过Profibus-DP总线控制直流电机的应用系统，选择S7-300 CPU 315-2DP作为控制核心，西门子工控机PC847B作为人机交互设备，6RA70系列直流驱动器为执行设备，提高了系统的技术先进性，可靠性和检测精度。

关键词：S7-300;6RA70;Profibus-DP;直流调速;传动装置检测系统;

Abstract: The paper introduces the DC motor speed control system controlled by PLC through Profibus-DP bus. The system uses the S7-300 CPU 315-2DP as the core, Siemens Industrial Computer equipment PC847B as a human-computer interaction, 6RA70 series DC drives as the implement equipment, to improve the advanced technology, reliability and accuracy of the speed control system.

Key words: S7-300; 6RA70; Profibus-DP; DC converter; gear detection system;

1 引言

　　随着新型电力电子器件的不断问世，对直流电机的控制系统也由原来的晶闸管、接触器、继电器等器件，逐渐过渡到集成度和控制性能更高的系统，通过对某厂WZ121系统进行了改造，用全数字直流调速装置来代替模拟直流电源，实现了此类系统的全数字控制和高可靠性。整个系统采用“PLC + 6RA70 + 真空换向柜 + PC847B ”的结构，如图1所示。

2 系统组成

　　2.1 系统硬件组成

　　上位机由于要完成较为复杂的数据查询和报表打印等功能，使用了西门子的PC847B工控机，该工控机使用CP5611网卡连接到Profibus-DP网络，组态软件使用了WinCC V6.2，使其能够方便地实现现场工艺参数的输入、输出及实时监控，对现场工艺进行有效的管理。PLC使用西门子的CPU315-2DP，该PLC有PORT0和PORT1两个通信口，PORT0为Profibus总线通信口，波特率选为500kb/s;PORT1为MPI口，即与工控机还使用的通信口，采用RS-485通信，波特率选为19.2kb/s。此外，还使用了两台6RA70系列直流调速装置。通信部分采用Profibus-DP进行网络通信，可编程控制器CPU315-2DP作为一级主站，工控机和直流调速装置都作为DP从站来完成与主站的数据交换。整个系统，工控机作为人机交互终端，Profibus-DP总线作为数据传输通道，CPU315-2DP作为控制中枢，协调指挥系统各构成环节可靠地运行。

　　2.2 6RA70硬件配置

　　系统采用两套6RA70给两台直流电机提供励磁电流的方式来模拟传动装置的载荷，6RA70作为一个受PLC控制的可调直流电源。6RA70的输入输出端子可以自由定义和使用，在本应用中，对控制端子X174的设置为：2、3、4，模拟量输入。X171的设置为：x171- 36，电压极性;x171- 37，启停;x171- 38，使能;x171- 46、47，故障;x171- 48、54，运行。

　　6RA70的电枢电源接1U1、1V1、1W1接380VAC，电子板电源5U1、5V1接380VAC。其他的控制端子，如X172、X173未用。从系统的数据吞吐能力及保护协议可靠性出发，通过安装ADB板、LBA板、CBP2板，使直流调速器构成一个Profibus从站。硬件连线如图2所示【1】。

3 参数设置

　　（1） 直流调速装置参数设置。在硬件连接完毕后，首先要根据所要控制的电机的参数和要求的输出电流，对6RA70进行参数的设定【2】，在本系统中6RA70的主要参数设置为：P100 = 90.00，P101 = 478.00，P102 = 1，P083 = 4，P084 = 2，P169 = 0，P170 = 0，P171 = 100，P172 = 0，P601 = 10，P609 = 10。

　　通信板CBP2插入直流调速装置电控箱的槽2中，为使CBP2能正常工作，需对直流调速器以下参数进行设置：PPO类型、报文监控时间、CBP2的Profibus站点地址、CBP2的参数使能状态。加以参数优化才能实现与SIMANTIC S7-300的通信。本系统中的参数为：P644 = K3002，P648 = K3001，U734等。参数设置的流程如图3所示【1】。

　　完成直流调速装置电动机的基本参数和在Profibus-DP总线中的参数设定后[3]，直流调速器要进行最优化运行，还应完成以下参数设置：为了达到6RA70与电动机之间的精密匹配，6RA70额定直流电流（电枢和励磁）的数值分别赋给参数P076.i001（电枢），P076.i002（励磁）;P051=25（电枢和励磁的预控制和电流调节器的优化运行，最优化运行后，自动设置P110，P111，P112，P115，P156，P255，P256，P826）;P601.i001=K0015（电枢电流调节器给定的源为K0015）。

　　（2）PLC参数设置。CPU315-2DP系统本身具有Profibus-DP接口，无需另外的通信接口单元。在编程软件STEP7中完成硬件网络组态，为直流调速装置分配网络地址，该地址必须与直流调速装置CBP2板中设置的相同，在组织块OB中选用SFC14“DPRD_DAT”、SFC15“DPWR_DAT”系统功能块，向直流调速装置的CBP2模块接收和发送过程数据（见图4）【2】。

4 编程

　　在Step7 中对调速器进行硬件组态，选择CBP2板的PPO类型为PPO4即PKW 0个字及PZD 6个字。通过以上设定，即可用程序实现对调速器的远程控制。图5为接收和发送数据的程序框图。

　　根据图5框图，其部分程序如下【2】：

　　CALL “motor_SR”,DB28 // 调速器功能（Speed Regulator）

　　s_start: = “motor启停M位” //调速器启停标志位

　　fault: = “motor故障” //调速器外部输入故障点

　　1_start: = “ motor启停M位” //连锁启动位

　　u_stop: = “紧急停车标志位” //系统急停输入位

　　fault_AK: = M14.6

　　addresl_IW: = W#16#100 //接收参数地址（PZD，PZD2），（PKE，IND）

　　speed_IW: = “motor速度给定” //速度给定

　　addresl_QW: = “W#16#100” //发送参数地址（PZD，PZD2）

　　speed_MAX: = 400 //最大速度

　　SRI_MAX: = 540 //最大电流

　　Speed_QW: = DB20.DBW100 //调速器速度实际值输出

　　I_QW: = DB20.DBW110 //电流实际输出值

　　sr_Run: = M208.2 //调速器运行信号输出

　　sr_fault: = “调速器故障” //调速器故障

　　A M 208.2

　　FP M16.2

　　= “motor启动继电器”

　　AN M 208.2

　　FP M 16.3

　　= “motor启动继电器”

5 系统调试及运行

　　系统调试包括硬件、软件、模拟调试和现场运行。模拟调试是检查硬件和软件的整体性能，为现场运行做准备。在进行系统调试时要遵守：先进行单机调试，再进行联机调试;先空载试验，再带载调试。调试过程中，许多故障是由于直流调速装置和PLC的参数设置不当造成的，因此，正确设置参数是保证系统正常运行的前提。

6 结束语

　　本文通过实际的改造项目，实现了上位机、Siemens S7-300 PLC和6RA70直流调速装置的Profibus-DP通信。经现场调试及运行表明，此方法是控制直流电机的较为可靠、方便而且经济的方法，系统设计具有普遍性，可为实际工程所广泛借鉴。

参考文献：

　　【1】 SIMOREG DC Master，6RA70系列全数字直流调速装置使用说明书[Z].. 北京：西门子电气传动有限公司（SEDL），2006.

　　【2】 Siemens. S7-300可编程控制器手册[Z].

　　【3】 Siemens. Profibus Specification[Z].2004.

　　【4】 马洪飞，李久胜.电气自动化专业英语[M].哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2005.