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    摘  要：介紹了山東大學控制學院通過選用西門子公司的產品，S7300PLC、TP270觸摸屏和6RA70調速器，設計和組建直流調速控制系統實驗室的過程，取得了良好的教學效果。

    關鍵詞：現場總線；6RA70直流調速器；人機界面

    Abstract：Introducing the design of DC system automatic control laboratory in Shandong University by using siemens products, such as S7300 PLC,TP270 touch panel and 6RA70 speed regulator, which achieved good teaching effect.

    Keywords： PROFIBUS;6RA70 dc speed regulator;HMI

    1 引言

    山東大學控制科學與工程學院為適應新時代的發展，達到培養高素質人才的要求，重新組建了新的直流調速控制系統實驗室。在實驗室的組建方面，選用西門子公司的S7-300型PLC、TP270觸摸屏和6RA70系列直流調速器，并通過PROFIBUS-DP現場總線進行網絡通訊，進行數據和信息的傳遞。

    2 控制系統簡介

    實驗室共組建八個實驗臺，其中一個實驗臺安裝S7-300PLC，作為PROFIBUS-DP網絡控制系統的主站，每個試驗臺的調速器和觸摸屏作為系統從站，通過PROFIBUS現場總線進行通訊連接，這樣整個控制系統形成一個網絡，網絡結構圖如圖1所示。

             

                                 圖1實驗室網絡結構

    2.1 S7-300 CPU315-2DP

    本系統中PLC處于核心控制地位，它肩負著大量數據通訊和處理的任務，如通過網絡將控制命令和速度給定值傳給各調速器，將各調速器的啟停狀態、運行速度、電壓、電流、報警信息等采集回來進行處理，為此特選定西門子S7-300 CPU315-2DP。該PLC內置MPI和DP通訊口，MPI口和其它帶有RS485通訊口的設備可構成MPI網，通過西門子PC-Adapter適配器可與其它設備的RS232口通訊；而DP口可直接上PROFIBUS網，作為網絡的主站或從站。本系統中S7-300 CPU315-2DP是作為主站。

    2.2  6RA70直流調速器

    西門子6RA70型直流調速器作為網絡從站，實時響應主站發出的各種命令，直接控制現場設備，實時檢測和返回電機運行狀態，系統穩定性和控制精度如何與其性能好壞密不可分。由于實驗要求非常精確，盡可能的反映實際，所以要求電機在啟動和制動時都能實現時間上的最優控制，在運行期間還要有很強的抗干擾能力，所以采用具有雙閉環邏輯無環流可逆調速控制系統的直流調速器。

    本系統是典型的雙閉環調速系統，即電流內環和轉速外環。這種經典的雙閉環控制方案較開環控制可使系統更加穩定，性能更好。系統原理圖如圖2所示，電流通過直流調速器的內部結構形成電流反饋環，而旋轉編碼器通過測量電機的轉速，并將其轉變成為直流調速器可以識別的電壓或電流信號，構成轉速反饋環。

            
 
                        圖2  雙閉環邏輯無環流直流調速原理圖

    在本控制系統中，通過安裝附加選件板ADB適配板（Adapter Board）、LBA板（local Bus Adapter）、通訊板CBP2 (Communication Board PROFIBUS)，使直流調速器構成一個PROFIBUS-DP從站。這樣，就可以通過PROFIBUS現場總線直接控制電機啟停、正反轉、調速以及讀取直流調速器工作狀態和報警信息等功能，節省了直流調速器上需要連接的所有控制線。

    2.3  調速器接線原理

    西門子直流調速器的接線原理圖如圖3所示，圖中除旋轉編碼器外虛線表示待接導線。實驗時按照圖3接線，并檢查無誤后，依次閉合勵磁電源空開、主回路電源空開，然后按動主回路送電按鈕，給調速器送電。在調速器的操作面板上將參數P051設置成40，使操作面板開鎖，再根據實驗要求和電機的銘牌數據設置其它的有關參數。參數設置完畢，依次按動調速器使能按鈕和啟動按鈕，調節模擬輸入給定電位器的大小，使電機按照給定速度運行，從電壓表和電流表中就可以讀出相應的電動機電壓和電流值的大小。
 
         
                               圖3  調速器接線原理圖

    3 用PROFIBUS-DP進行網絡通訊

    PROFIBUS-DP主要使用主-從方式，周期性地與傳動裝置進行數據交換，可用數據結構分成不同兩部分且能用報文分別傳送:過程數據組(PZD)部分，包括控制字，設定值，狀態字和實際值；參數部分(PKW-參數識別值)，用于讀、寫參數值。在本控制系統中，我們只傳送過程數據PZD部分，即采用最簡單的PPO3型。

    在該系統中，可從作為系統從站的觸摸屏上直接設定電動機的速度給定值，通過修改調速器的相應參數值，并對PLC進行編程，由PROFIBUS網絡傳遞到直流調速器的給定端，從而調節電動機轉速的大小。圖4是用STEP7編寫的部分網絡通訊程序清單，程序中用到兩個系統功能SFC14和SFC15, SFC14DPRD-DAT是讀一個DP從站的相連續的輸入數據區域，參數LADDR是用HWConfig組態的DP從站的輸入模塊開始地址（十六進制），RECORD是所讀用戶數據的目的區域。如果從S7CPU傳送一個連續的輸出數據到DP從站，則用到SFC15DPWR-DAT，參數LADDR是用HWConfig組態的DP從站的輸出模塊開始地址，RECORD是所要寫的用戶數據的源區域。以下是調速器重要的通訊參數設置：

    1) U712 PPO 型，在報文的參數段和過程數據段中定義為字數。

    2) P918 總線地址，即CPU在組態時分配給CBP2從站的地址號。

    3) U927 參數化使能，即使修改的調速器參數生效。

              
                 
            
               
                      圖4  通過PROFIBUS設定和讀取調速器的速度值

    4  結束語

    本實驗臺所涉及的實驗特點是綜合性強，涉及面廣，而且西門子公司的產品控制功能全，實時性強，運行穩定，體現了工業自動化的發展方向。同學們在這樣的實驗環境中，能夠把所學理論與實踐相結合，了解和掌握先進的控制技術，為以后成為合格的自動化技術人才打下堅實的基礎。

    參考文獻

    [1] SIMOREG DC Master 使用說明書