摘要：主要介紹了由S7—300 PLC、DANFOSS VLT 5000系列變頻器基于PROFIBU DP現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)實(shí)現(xiàn)的野戰(zhàn)光纜生產(chǎn)線主動(dòng)放線絞籠的電氣控制系統(tǒng)，包括用PROFIBU DP現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)控制VLT 5000的方法，控制系統(tǒng)中的參數(shù)設(shè)置，數(shù)據(jù)類(lèi)型以及應(yīng)用STEP 7組態(tài) PROFIBUS-DP現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)的過(guò)程和STEP 7軟件編程設(shè)計(jì)。
關(guān)鍵詞： PROFIBU DP現(xiàn)場(chǎng)總線；VI 5000系列變頻器；PLC；主動(dòng)放線絞籠
1 引言
　　隨著通信事業(yè)的發(fā)展，光纖光纜已經(jīng)進(jìn)入有線通信的各個(gè)領(lǐng)域，包括郵電通信、廣播通信、電力通信和軍事通信等領(lǐng)域。光纜的結(jié)構(gòu)總是隨著光網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展和使用環(huán)境的要求而發(fā)展，不同的場(chǎng)合、不同的要求造成了光纜多結(jié)構(gòu)的發(fā)展趨勢(shì)。由于特殊的野外環(huán)境，對(duì)野戰(zhàn)光纜的要求與室外光纜有著很大的不同。它不僅應(yīng)具有一定的抗拉強(qiáng)度，還應(yīng)具有直徑小、柔軟、易彎曲和阻燃的特點(diǎn)。當(dāng)緊包光纖數(shù)量較多或外徑較大時(shí)，為使光纜具有較好的彎曲性能，必須使緊包光纖以單螺旋方式絞合。
　　為了適應(yīng)這種特殊的絞合方式，野戰(zhàn)光纜的生產(chǎn)需采用專(zhuān)用生產(chǎn)線。如何在緊包光纖絞籠、緊包光纖放線單元退扭的同時(shí)以恒定的張力放出光纖，是整條生產(chǎn)線的關(guān)鍵工藝之一。因?yàn)榫o包光纖的張力大小會(huì)影響光纖的傳輸性能。張力過(guò)小，緊包光纖會(huì)淌線；張力過(guò)大，則有可能將緊包光纖拉壞。故主動(dòng)放線絞籠恒張力控制的設(shè)計(jì)是整條生產(chǎn)線設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。為此我們?cè)O(shè)計(jì)將張力傳感器傳送的電壓信號(hào)送給變頻器，再通過(guò)PROFIBUS-DP現(xiàn)場(chǎng)總線傳送給PI C，利用PI C 內(nèi)部的PID過(guò)程控制模塊進(jìn)行調(diào)節(jié)，之后將控制信號(hào)送給變頻器。這樣做的好處是：1）PLC內(nèi)部的PID過(guò)程控制模塊性能比較優(yōu)越，能夠更好地控制張力。 2）即使出現(xiàn)故障（通信故障、PLC系統(tǒng)故障等），也可以利用DANFOSS變頻器自帶的PID過(guò)程控制模塊使生產(chǎn)繼續(xù)進(jìn)行。
2 PROFIBUS—DP現(xiàn)場(chǎng)總線的選擇
　　現(xiàn)場(chǎng)總線的出現(xiàn)和發(fā)展給工業(yè)控制領(lǐng)域帶來(lái)一次革命性的突破?，F(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)已成為世界自動(dòng)化技術(shù)的熱點(diǎn)，在我國(guó)工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)中受到極大關(guān)注并得到大力推廣。PROFIBUS—DP現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)是一種低成本通信技術(shù)，用于設(shè)備級(jí)控制系統(tǒng)與分散式I／O模塊的通信，具有極好的抗電磁干擾性。使用 PROFIBU～DP現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，可取代現(xiàn)場(chǎng)的24 V或0～20 mA的并行信號(hào)傳輸技術(shù)。由于西門(mén)子公司對(duì)PROFIBU～DP現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的大力推廣，PROFIBUS產(chǎn)品已被世界市場(chǎng)普遍接受。
　　丹佛斯公司的VLT系列變頻器配備有專(zhuān)門(mén)的PRClFIBUS-DP通信網(wǎng)卡，以便實(shí)現(xiàn)變頻器與PLC之間的現(xiàn)場(chǎng)通信。下面以VLT 5000系列變頻器為例，詳細(xì)介紹PROFIBUS—DP現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)。
3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
P　　ROFIBusDP現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)如圖1所示。整個(gè)控制系統(tǒng)由1臺(tái)上位機(jī)、1臺(tái)PRCIFIBUS-DP主站和8臺(tái)PROFIBUS— DP從站及其它現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備組成。我們使用西門(mén)子公司的S7系列PLC，它具有高速、多功能、系統(tǒng)化、網(wǎng)絡(luò)化、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安裝方便、系統(tǒng)組織靈活、可靠性高以及維護(hù)方便等特點(diǎn)。PLC的I／O模塊出現(xiàn)故障時(shí)，只需要調(diào)換有故障的模塊，不需長(zhǎng)時(shí)間停產(chǎn)進(jìn)行設(shè)備維修，因此特別適合當(dāng)前薏爭(zhēng)日益激烈的光纜市場(chǎng) 網(wǎng)絡(luò)化和強(qiáng)化的通信能力也是該P(yáng)I C的一個(gè)重要持點(diǎn)。

3．1 系統(tǒng)主站
　　PROFIBUS-DP系統(tǒng)的主站是SIMATIC S7—300PLC模塊，采用西門(mén)子公司推出的CPU 315—2DP。它不僅集成了MPI通信 I：l，還集成了PROFIBUSDP現(xiàn)場(chǎng)總線通信ISl，具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力。通過(guò)網(wǎng)絡(luò)將控制命令和給定速度傳給各變頓器，將各變頻器的啟動(dòng)停止?fàn)顟B(tài)、運(yùn)行頻率、模擬量輸入、電流和電壓等信息采集回來(lái)進(jìn)行處理。
3．2 系統(tǒng)從站
　　作為PROFIBUS—DP系統(tǒng)的從站．DANFOSSVI T 5000系列變頻器實(shí)時(shí)響應(yīng)主站發(fā)出的各種命令，直接控制現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備（變頻電動(dòng)機(jī)），同時(shí)實(shí)時(shí)檢測(cè)和反饋電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)。DANFOSS VI T變頻器具有優(yōu)越的計(jì)算處理性能，故采用VI T 5000系列變頻器。它通過(guò) PROFIBUS-DP通信網(wǎng)卡連接到現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)。
4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
4．1 應(yīng)用STEP 7組態(tài)的PROFIBUS-DP現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)
　　首先要安裝DP V1設(shè)備所需要的VLT 5000GSD文件。我們采用S7—300編程工具STEP 7完成硬件組態(tài)。在STEP 7的硬件中將 CPU 315—2DP作為系統(tǒng)的主站，然后添加VLT 5000作為系統(tǒng)的從站，共添加8個(gè)變頻器從站，分別將它們的通信地址設(shè)置為5～12，每個(gè)從站插入PPO的模塊類(lèi)型為6。PPO即參數(shù)過(guò)程數(shù)據(jù)對(duì)象，其類(lèi)型如表1所示。
 

　　其中，PCA為參數(shù)特征；IND表示索引；PVA表示參數(shù)變量；CTW 為控制字；sTw 為狀態(tài)字；MRV表示主要參考變量；MAV表示主要實(shí)際變量（實(shí)際輸出頻率）；PCD表示參數(shù)過(guò)程數(shù)據(jù)。
　　這里選用的PPO的模塊類(lèi)型為6，通信存儲(chǔ)區(qū)為8個(gè)字節(jié)，即CTW／STW（1～2）、MRV／MAV（3～4）、PCD3（5～6）、 PCD4（7～8）。其中，在PCD3、PCD4中可以定義我們想要的參數(shù)變量。插入PPO模塊類(lèi)型6以后系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)給各個(gè)從站分配輸入輸出地址。例如，第一個(gè)變頻器從站分配的輸入輸出地址為256～263，第二個(gè)從站分配的輸入輸出地址則為264～271，依次向下分配給八個(gè)從站。
4．2 變頻器中PROFIBUS—DP參數(shù)值的設(shè)定
　　PROFIBUS-DP通信網(wǎng)卡插入VLT 5000變頻器以后，變頻器會(huì)多出一部分參數(shù)選項(xiàng)，這些選項(xiàng)專(zhuān)為PROFIBUS—DP現(xiàn)場(chǎng)總線提供。首先要使變頻器中的PPO模塊類(lèi)型與所組態(tài)中插入的PPO模塊類(lèi)型保持一致（設(shè)定參數(shù)P904為PPO模塊類(lèi)型6），然后確定從站變頻器的地址，使從站的地址與所組態(tài)的地址保持一致（設(shè)定參數(shù)P918）。其次選定電報(bào)行規(guī)準(zhǔn)許的控制字的FIELDBUS PROFII （現(xiàn)場(chǎng)總線行規(guī)）和 FC DRIVE（FC變頻器行規(guī)）。我們這里選用的是FC DRIVE。最后定義PCD過(guò)程數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的參數(shù)值，讀寫(xiě)的PCD值在P915（寫(xiě)入過(guò)程參數(shù)數(shù)據(jù)）和P916（讀取過(guò)程參數(shù)數(shù)據(jù)）設(shè)定。
　　做完以上工作之后，變頻器中的PROFIBUS—DP參數(shù)已經(jīng)基本設(shè)定好了。
4．3 軟件編程設(shè)計(jì)
　　在主動(dòng)放線絞籠中，張力傳感器接在VI T 5000變頻器上，模擬輸入端子為54號(hào)。讀取張力傳感器送來(lái)的模擬電壓信號(hào)，并且運(yùn)用S7—300 PLC內(nèi)部的PID過(guò)程控制模塊進(jìn)行運(yùn)算并將控制信號(hào)送給變頻器。
　　用STEP 7對(duì)PCD讀寫(xiě)參數(shù)時(shí)，調(diào)用SFC14、SFC15兩個(gè)系統(tǒng)功能模塊。其中SFC14（“DPRD—DAT”）用于讀取 PROFIBU DP從站的數(shù)據(jù)。如果在數(shù)據(jù)傳送期間沒(méi)有出現(xiàn)錯(cuò)誤，則已讀取的數(shù)據(jù)將被輸入到有RECORD標(biāo)識(shí)的目標(biāo)區(qū)域中，其目標(biāo)區(qū)域的長(zhǎng)度必須與用 STEP 7選定的模塊的長(zhǎng)度相同。SFC15（“DPWR—DAT”）用于將數(shù)據(jù)寫(xiě)入PRCIFIBUS從站，利用SFC15可以將RECORD中的數(shù)據(jù)一致地傳送到已尋址的DP標(biāo)準(zhǔn)從站。數(shù)據(jù)是同步傳送的，既完成了SFC，也完成了作業(yè)。其源區(qū)域的長(zhǎng)度必須與用STEP 7選定的模塊組態(tài)的長(zhǎng)度相同。主要的梯形圖如圖2和圖3所示。#p#分頁(yè)標(biāo)題#e#
 

　　如圖2所示，將047F Hex送到DB1．DBW32，即寫(xiě)入控制字，047F為電機(jī)的啟動(dòng)信號(hào)。
 

　　圖3所示為讀寫(xiě)PCD參數(shù)值的梯形圖，即寫(xiě)入控制字，然后從中讀取現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的狀態(tài)，包括啟動(dòng)停止?fàn)顟B(tài)、模擬信號(hào)輸入的給定大小和電機(jī)電流等。100H 為硬件組態(tài)時(shí)從第一個(gè)從站讀寫(xiě)數(shù)據(jù)的地址。讀取從站的數(shù)據(jù)到目標(biāo)區(qū)域中，即存放在DB1．DBW32～DB1．DBW39中。DB1．DBW32為接收到的狀態(tài)字，DB1．DBW36為接收到的模擬輸入電壓值。DBW36就是需要進(jìn)行PID處理計(jì)算的值。
　　PIC內(nèi)部有PID算法控制器，可以調(diào)用FB41“CONT．C”模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)連續(xù)控制。把模擬信號(hào)輸入值送到過(guò)程變量輸入端（PV．IN），確定內(nèi)部設(shè)定值（SP．INT），調(diào)整積分時(shí)間和比例系數(shù)進(jìn)行運(yùn)算處理。最后把運(yùn)算得到的控制變量通過(guò)PROFIBUS-DP現(xiàn)場(chǎng)總線傳送到變頻器中，即完成整個(gè)系統(tǒng)控制。
5 結(jié)束語(yǔ)
　　現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)可以對(duì)變頻器實(shí)現(xiàn)群控，降低了故障率，提高了信號(hào)傳輸?shù)目煽啃院途龋⑶揖哂邪惭b簡(jiǎn)單、維護(hù)簡(jiǎn)單和維護(hù)量小的優(yōu)點(diǎn)。因此該系統(tǒng)在世界工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用。PROFIBUSDP現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)應(yīng)用于主動(dòng)放線絞籠中能夠滿足生產(chǎn)線的各項(xiàng)功能要求，而且由于通信方式的實(shí)現(xiàn)，可以減少設(shè)備的生產(chǎn)成本。相信在不久的將來(lái)，現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)在光纖光纜生產(chǎn)線中將得到

參考文獻(xiàn)
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