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基于PROFINET网络技术的长距离管带机电控系统
作者：段能
来源：《数码设计》2020年第05期
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摘要：本文介绍了由ABB;ACS880系列变频柜、S7-1500;PLC主站、触摸屏、OLM光纤链路模块组成的主从式、多电机驱动的管带机电控系统;对管带机的工艺进行了分析，提出基于PROFINET现场网络控制的设计思想，并对管带机电气工艺、软硬件的选取、PROFINET现场网络的设计进行了阐述。
关键词：管带机;PLC;变频器DTC主从宏;PROFINET网络
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中图分类号：TH222;TP273;文献标识码：A;文章编号：1672-9129（2020）05-0073-02 Abstract：This;paper;introduces;the;master-slave;and;multi-motor;driven;pipe;belt;electromechanical;control;system，
which;is;composed;of;ABB;ACS880;series;frequency;conversion;cabinet，S7-1500;PLC;master;station，
touch;screen;and;OLM;fiber;link;module.;This;paper;analyzes;the;technology;of;the;pipe;belt;machine，puts;forward;the;design;idea;based;on;PROFINET;field;network;control，and;expounds;the;mechanical;and;electrical;technology;of;pipe;belt，
the;selection;of;software;and;hardware，and;the;design;of;PROFINET;field;network.
Key;words：tube;and;tape;machine;PLC;Inverter;DTC;master;slave;macro;PROFINET;network 1;引言
管带机是近年发展起来的一种新型连续输送散状物料机械，它克服了很多带式输送机很多缺陷和局限性;适用于需要封闭输送、环保要求高、环境复杂的工艺。将会发展为一种理想而节能的输送设备。广泛应用于各行各业。 2;管带机工艺介绍
典型的长距离管带机的简单工艺图见图1，主要由以下几个部分组成：机械（胶带、滚筒、减速机、托辊、桁架、驱动电机、制动装置、检修走道）、液压张紧装置（一般有液压、重锤两种）、电气（配电系统、驱动变频器、检测和保护装置、电气控制、照明和检修）等。对于散物料管带机输送系统，还有配套的给料机、溜槽、料库等。
正常启动过程：电控系统收到管带机启动指令后，管带机张紧装置开始工作，当输送带的张力达到预张力时，发出指令允许管带机运行，这时头部2台变频器加载驱动头部2台电机，一定时间后当上部输送带的张力到达一定值，尾部2台变频器开始加载驱动尾部2台电机，4台电机开始同时运行并加速到最大速度，然后匀速运行，需要停止时，加载停止指令就可，这时，变频器关闭输出，电机、滚筒、输送带自由停车。 3;系统配置和构架
3.1構架。PROFINET由PROFIBUS国际组织（PROFIBUS;International，PI）推出，是新一代基于工业以太网技术的总线标准。PROFINET为自动化通信领域提供了一个完整的网络解决方案。
控制系统构架如图2所示，头部控制室和尾部控制室通过OLM光纤链路模块进行联络;通过CPU模块上的PROFINET以太网通讯口可与上位机进行通讯，满足“集中监控”的需
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要;PROFINET作为一级现场网络，与PLC组成一个现场级控制网络，充分发挥PROFINET网络的优势，减少成束电缆的布线量;4台驱动变频器作为PROFINET网络的下挂从站，通过PROFINET网络，PLC可与变频器进行通信并对其进行控制。其次，2个触摸屏作也为CPU的从站挂在PROFINET网络上，通过HMI（人机界面）可对整个控制系统进行参数设置、实时监控。系统进行参数设置、实时监控。
头部电机采用2台ACS880系列变频柜驱动器，采用主、从控制方式（为转矩控制DTC模式）;主驱动器和从驱动器之间采用光纤通讯，来自外部所有控制通讯主令只加给主驱动器;主驱动器接到外部主令后，其从驱动器马上做出与主驱动器同样的响应，启动形式、加速度、速度、输出力矩等实时跟随;同样尾部电机的驱动原理和方式也一样。
主、从驱动方式实现了对多台电机的运行速度、输出功率和转矩的大致均等分配;DTC直接转矩控制使驱动器实现了对电机精确度高的转矩控制。另外，主、从驱动器之间采用通讯光纤，系统可靠性能好，运行稳定;物理现象表现为：设备运行、平稳、噪音小。
3.2系统硬件配置。PLC采用西门子公司的S7-1500系列产品。①PLC主站由：电源模块（6ES7;507-0RA00-0AB0）、CPU（6ES7;515-2AM01-0AB0）、若干DI/DO/AI（6ES7;521-1BH10-0AA0、6ES7;522-1BH10-0AA0、6ES7;531-7KF00-0AB0）模块组成。②PLC从站由：电源模块（6ES7;507-0RA00-0AB0）、CPU（6ES7;511-4AK01-0AB0）、若干DI/DO/AI（6ES7;521-1BH10-0AA0、6ES7;522-1BH10-0AA0、6ES7;531-7KF00-0AB0）模块组成。③控制室西门子触摸屏（6AV2;124-0QC02-0AX1）。④变频器均为ABB公司产品，型号为：ACS880-07-0721-7+K454+L503+L509。 4;系统构建及应用程序编制
4.1系统构建。PROFINET网络是构建整个控制系统的基础;PLC采用下列基于Windows;XP/Win7/Win8操作平台的：用于应用程序的编辑、调试、仿真博图V15.2编程软件。所有现场生产设备的速度给定、控制命令、状态反馈、运行数据（如电流、速度实际值）、故障信息等均通过PROFINET网络送至PLC，同时PLC对现场生产设备的控制也通过PROFINET网络实现，其构建步骤如下： （1）因地制宜、规划，合理布置。
（2）;PROFINET网络电缆（6XV;1840-2AH10）、光纤链路模块（6GK1-100-3AC00）等将PROFINET网络上各节点连接到相应的网段上。
（3）在编程终端上安装好编辑、调试、仿真博图V15.2编程软件;同时在博图V15.2编程软件的硬件组态界面中添加：ABB;ACS880變频器的GSD文件。
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（4）运行博图V15.2编程软件，创建项目文件，首先进行硬件组态;首先配置本地机架，在硬件组态界面首先添加安装导轨，然后添加：电源模块（6ES7;507-0RA00-0AB0）、CPU（6ES7;515-2AM01-0AB0）、若干DI/DO/AI（6ES7;521-1BH10-0AA0、6ES7;522-1BH10-0AA0、6ES7;531-7KF00-0AB0）等;设置好Ether;Net通讯参数，方便与上位机进行通讯;CPU作为PROFINET的主站，设置好主站的相关参数：IP地址、通讯传送速率等。 同类似的方法组态PLC从站和触摸屏，电源模块（6ES7;507-0RA00-0AB0）、CPU（6ES7;511-4AK01-0AB0）、若干DI/DO/AI（6ES7;521-1BH10-0AA0、6ES7;522-1BH10-0AA0、6ES7;531-7KF00-0AB0）模块组成;设置从主站的相关参数。
组态ABB;ACS880变频器从站，由于添加了ABB;ACS80变频器的GSD文件，在博图V15.2软件的硬件组态界面中找到相应的硬件配置，设置好相应的通讯配置。
（5）将编程终端，运行博图V15.2软件，进行PROFINET网络组太，将编制好的程序下载到CPU，并保存好配置文件。
4.2应用程序编制。运行博图V15.2软件，打开其用户编程界面;即可利用博图V15.2软件提供的逻辑梯形图、结构文件等编制应用程序。
控制系统要编制的程序主要有：系统初始化主程序、上位机通讯子程序、故障子程序、张紧机构子程序、就地控制程序、联动控制程序、远程控制子程序、头部驱动子程序、尾部驱动子程序等。
应用程序编制完毕，运行仿真软件，测试应用程序，验证电气控制系统。合格后将应用程序下载到PLC控制器中，然后在现场实际验证、修改应用程序，电控系统调试正常后方可投入生产。
（1）就地控制：就地控制模式下，通过管带机头、尾部就地操作箱上的按钮、转化开关，控制管带机的低速启、停控制;需要高速时，操作箱上的“低/高按钮”就可，主要用于调试、维修、调带等场合。
（2）联动控制：联动控制模式下，通过管带机头、尾部电气房控制柜上的HMI（人机界面）或按钮和转化开关，控制管带机的高速启、停控制;该控制方式和上游皮带有连锁和顺序控制的关系，可完成输送料作业。
（3）远程控制：远程控制模式下，由整个输送系统由上位机控制管带机的高速启、停;监控各种运行数据并进行记录、保存。 5;小结
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PROFINET网络是一种性价比、使用广泛的工业控制网络;是分布式IO控制系统的理想解决方案。相比而言，PROFINET网络式具有突出的高速、高效、快捷、灵活性。
实际应用表明：该控制系统设计合理、性能可靠、运行稳定、操作维护方便、智能化程度高。
参考文献：
[1]现场网络技术及其应用.甘永梅等编著，机械工业出版社.
[2]ABB;ACS880标准应用程序固件手册补充说明，主/从机应用指南. [3]ABB;PROFINET适配器模块用户手册.
