1 引言
Φ120無縫鋼管工程用來生產(chǎn)外徑范圍為Φ70mm～Φ177.8mm、壁厚范圍為 6mm～30mm的高壓鍋爐管、石油專用管、液壓支柱管、地質(zhì)管、汽車半軸套管、石油裂化管、結(jié)構(gòu)用管等。這些鋼管在進(jìn)行精整前要通過冷床區(qū)。

天津無縫鋼管廠Φ120機(jī)組無縫生產(chǎn)線冷床區(qū)電氣設(shè)備分為主傳動和輔助傳動兩部分組成，主傳動包括：1#正轉(zhuǎn)傳動，2#正鏈傳動。輔助傳動包括：輸入輥道，輸出輥道，每段輥道共8臺電機(jī)。天津無縫鋼管廠采用的是鏈條式冷床，這種冷床總長42米，它具有如下特點：
1.冷卻均勻。
2.鋼管的表面損傷少。
3.鋼管通過正向鏈、反向鏈的帶動，即可前進(jìn)，又可自轉(zhuǎn)滾動，這樣鋼管在充分冷卻的同時又被矯直。
技術(shù)性能參數(shù)如下：
管徑： ø89~ ø 177.8mm
壁厚：4.5~16mm
管長：max 13000mm
運(yùn)輸距離：42m

1.1電機(jī)參數(shù)
主電機(jī)型號：1#，2#正鏈傳動YTSP280M-6M 55KW
轉(zhuǎn)速： 975ｉ=756rpm
電壓：AC 380V
1.2 負(fù)載特性及其電控要求
冷床為恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，要選擇具有恒轉(zhuǎn)矩控制性能的變頻器，并具有較高的分辨率，良好的通訊能力，并采用PLC作為控制單元，實現(xiàn)對整個控制系統(tǒng)的可靠、協(xié)調(diào)的控制，以滿足控制系統(tǒng)正常工作的需要。
為滿足冷床傳動控制系統(tǒng)的可靠性和良好的控制精度與穩(wěn)定性，我們選擇西門子PLC300 和西門子6SE70矢量控制變頻器，利用PROFIBUS通信協(xié)議實現(xiàn)PLC與變頻器的通信功能。
PLC控制系統(tǒng)主要完成以下一些任務(wù)：主傳動系統(tǒng)、輔傳動系統(tǒng)、現(xiàn)場檢測信號采集等邏輯運(yùn)算、程序控制、狀態(tài)監(jiān)控以及與上位機(jī)的通訊，積極配合MES系統(tǒng)，提供相應(yīng)的通訊設(shè)備、數(shù)據(jù)庫，留有設(shè)備控制端口，讓MES系統(tǒng)直接參與過程控制，并協(xié)助廠方共同完成MES管理系統(tǒng)

2 雪普6SAC變頻器
6SAC系列變頻器是雪普（中國）電氣有限公司自主開發(fā)生產(chǎn)的高品質(zhì)、多功能、低噪音變頻器。其豐富的功能，完全滿足您各種不同的需求；緊湊的結(jié)構(gòu)設(shè)計，可以靈活安裝；先進(jìn)的控制算法；空間電壓矢量技術(shù)、停電再啟動、自動電壓調(diào)整、死區(qū)補(bǔ)償、自動轉(zhuǎn)差補(bǔ)償、節(jié)能運(yùn)行、內(nèi)置PID，保證高精度的控制要求；按照國際標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計和測試，保證產(chǎn)品的可靠性；豐富的可選配件，可以進(jìn)行多種配置選擇。
其與PLC配合使用，可以實現(xiàn)速度鏈控制、自動負(fù)荷控制、速差控制、張力控制等功能。電機(jī)的速度、力矩連續(xù)可調(diào)。從而可實現(xiàn)電機(jī)在低速狀態(tài)時的平滑運(yùn)行和高力矩、高精度的速度、力矩控制[2]。由于以上優(yōu)點，我們選擇雪普變頻器6SAC作為主傳動的驅(qū)動裝置。

3 控制系統(tǒng)組成
冷床系統(tǒng)采用PROFIBUS網(wǎng)進(jìn)行PLC,ET200S遠(yuǎn)程站及傳動裝置6SAC變頻器間的數(shù)據(jù)交換與通訊。PROFIBUS有極高的傳輸速率，多種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。通過PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)接口，可實現(xiàn)主PLC與各主傳動系統(tǒng)之間的設(shè)定值、指令和數(shù)據(jù)的傳送, 從而實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)控制；在操作臺和現(xiàn)場設(shè)有ET200S遠(yuǎn)程站，通過PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)化分布式控制。
PLC系統(tǒng)配有多條PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)，把各區(qū)傳動系統(tǒng)及遠(yuǎn)程操作部分分段組網(wǎng)，在提高系統(tǒng)響應(yīng)速度的同時，也增加了系統(tǒng)的安全可靠性。

該網(wǎng)絡(luò)的主要特點：
a．網(wǎng)絡(luò)可容納的通訊節(jié)點數(shù)量可靈活組態(tài)
b．網(wǎng)絡(luò)的通信速率為500Kbps
c．網(wǎng)絡(luò)通訊協(xié)議：PROFIBUS-DP
d．每臺聯(lián)網(wǎng)的PLC或傳動裝置均裝有一塊網(wǎng)絡(luò)接口模塊
e．PLC與傳動間的各種控制信號和狀態(tài)信息都可以通過網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)（包括數(shù)字信號和模擬信號）
整個冷床區(qū)包括西門子6SAC變頻器2臺，分別作為1#正轉(zhuǎn)傳動，2#正鏈傳動， 3個ET200S作為遠(yuǎn)程I/O，分別是液壓站，操作臺和現(xiàn)場操作箱的遠(yuǎn)程站。另外還有1個TP177A觸摸屏作為二級主站，主CPU選擇CPU315-2DP，帶MPI/DP和 DP接口[5]。　　
在組態(tài)PROFIBUS-DP通訊時，當(dāng)通訊數(shù)據(jù)為3字節(jié)或大于4字節(jié)時，就要調(diào)用SFC15給數(shù)據(jù)打包，調(diào)用SFC14給數(shù)據(jù)解包。冷床1#正轉(zhuǎn)傳動裝置的PROFIBUS地址為13，輸入輸出地址為I：348-359，Q：348-359.
CBP板選為6SE7090-0xx84-0FF0/0FF5 ， PP04 ：0 PKW/6 PZD。

4控制系統(tǒng)參數(shù)設(shè)定及功能實現(xiàn)
4.1 變頻器參數(shù)優(yōu)化
變頻器參數(shù)的優(yōu)化設(shè)置是充分發(fā)揮該變頻器功能的保證。通常要對變頻器進(jìn)行專家應(yīng)用的參數(shù)設(shè)置，這種設(shè)置經(jīng)常用于事先不能確切了解裝置的使用條件且具體的參數(shù)的調(diào)整必須在本機(jī)上完成的情況。
在實際使用中，變頻器是用上位機(jī)通過PLC通訊控制的，當(dāng)通訊故障或特殊情況時，需要用操作臺進(jìn)行本地控制，這一功能的實現(xiàn)就需要使用參數(shù)組切換的功能。具體步驟如下：
內(nèi)控（通過控制柜上的按鈕）的實現(xiàn)：

圖1 變頻器控制端子圖
1、 按PRGM鍵調(diào)節(jié)上升或下降鍵，使面板顯示Pr-01，按FUNC，把里面的數(shù)值00改為01；
2、 按FUNC保存。此時變頻 已經(jīng)為外部控制，面板上的RUN鍵不起作用。把單片機(jī)板接左邊上的小鈕子開關(guān)撥到左邊，面板顯示為F0.0，即頻率為0HZ，撥回右邊顯示50HZ。
3、 變頻器正轉(zhuǎn)啟動：通過按鈕將FWD和DCM兩端接通，面板上的RUN 燈和FWD燈點亮，變頻器正向啟動；按停止按鈕，面板上的RUN 燈和FWD燈滅，變頻器停止（如圖1所示）。
4、 變頻器反轉(zhuǎn)啟動：通過按鈕將REV和DCM兩端接通，面板上的RUN 燈和REV燈點亮，變頻器反向啟動；按停止按鈕，面板上的RUN 燈和REV燈滅，變頻器停止。
5、 變頻器模擬電位器控制：在控制面板上設(shè)置參數(shù)Pr-41設(shè)為3，Pr-40設(shè)為2，Pr-39設(shè)為1，同時將端子AV1、ACM、+10V與電位計連接。
6、 變頻器點動運(yùn)行設(shè)置：參數(shù)設(shè)置Pr-41設(shè)為9（點降速），Pr-40設(shè)為8（點升速），Pr-39設(shè)為0。同時點升時外部端子M1與DCM端子相連，同時點降時外部端子M2與DCM端子相連。
其中：RUN 分別為按扭，RUN為點啟 ， STOP為點停；FWD/REV 分別為正反轉(zhuǎn)開關(guān)；DCM 為地線。

外控(通過遠(yuǎn)程PLC控制)的實現(xiàn):
6SAC系列變頻器具有內(nèi)建RS-485串聯(lián)通訊接口，串聯(lián)通訊端口（SG+、SG-）位于控制回路端子，端子定義如下：SG+信號+端，SG-信號-端。使用RS-485串聯(lián)通訊接口時，變頻器預(yù)先設(shè)置：P00=02（485串聯(lián)通訊接口控制）P01=03（RS-485串聯(lián)通訊接口控制 STOP有效） 或者P01=04（RS-485串聯(lián)通訊接口控制，STOP無效）P78=00~31（指定通訊地址，計算機(jī)根據(jù)個別地址實施控制。）
變頻器RS-485信號轉(zhuǎn)換為PROFIBUS-DP數(shù)據(jù)信號，需要配6SAC-R485-PBS模塊。
1、模塊設(shè)置
（1）. RS485（RS232）端波特率設(shè)置：打開機(jī)盒，可以撥碼開關(guān)SW，第八位為特率設(shè)置位。ON=9.6K，OFF=19.2K。出廠設(shè)置為19.2K。
（2）. 站地址設(shè)置：
撥碼開關(guān)SW的第一位至第七位為站地址設(shè)置位，OFF=1。站號可在0000000到1111110間選擇（十進(jìn)制0~126）。
2、模塊安裝
將24VDC電源接入轉(zhuǎn)換模塊電源端子， 注意：正負(fù)極性。變頻器端子（SG+、SG-）分別接轉(zhuǎn)換模塊的TXD（B）端、RXD（A）端；現(xiàn)場總線的9針D型端口：3號接轉(zhuǎn)換模塊的B（4號）端，8號接轉(zhuǎn)換模塊的A（6號）端。
3、操作程序：
（1）. 將雪普公司提供的GSD文件拷入組態(tài)軟件的GSD目錄下。
(2). 將模塊作為PROFIBUS-DP從站組態(tài)到PROFIBUS-DP主系統(tǒng)（分配的地址必須與模塊設(shè)置的地址一致）。將對用戶設(shè)備的操作命令從PROFIBUS-DP主站輸出數(shù)據(jù)口發(fā)送到用戶設(shè)備校驗，從用戶獲得數(shù)據(jù)由PROFIBUS-DP主站讀取。



4.2 軟件編程
軟件的實現(xiàn)是在STEP 7 V5.3環(huán)境下對變頻器進(jìn)行控制的。通過PROFIBUS DP調(diào)用功能塊實現(xiàn)在主、從站之間雙向數(shù)據(jù)傳送。
在主站PLC可以通過調(diào)用Communication Blocks中 FC1 “DPRD_DAT“和FC2 “DPWR_DAT“來完成和從站的數(shù)據(jù)交換，而對于從站來說可以調(diào)用FC1 “DP_SEND“ 和FC2 ”DP_RECV“完成數(shù)據(jù)的交換。下面為實現(xiàn)通訊的部分程序。

CALL "DP_SEND"
CPLADDR:=W#16#100
SEND :=P#M 10.0 BYTE 12
DONE :=M2.0
ERROR :=M2.1
STATUS :=MW3
NOP 0

CALL "DP_RECV"
CPLADDR :=W#16#100
RECV :=P#M 60.0 BYTE 12
NDR :=M4.0
ERROR :=M4.1
STATUS :=MW6
DPSTATUS:=MB8
NOP 0
其中，F(xiàn)C1中W#16#100為十六進(jìn)制的寫起始地址，P#M10.0 BYTE 12為從M10.0開始的12個控制字。FC2中W#16#100為讀起始地址。P#M 60.0 BYTE 12為從M60.0開始12 個狀態(tài)字。
另外通過上位機(jī)監(jiān)控軟件WINCC還可以采集變頻器的速度值和電流值。

5 上位機(jī)實現(xiàn)
冷床區(qū)上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)主要功能是進(jìn)行相關(guān)變頻器參數(shù)的設(shè)定、各種運(yùn)行數(shù)據(jù)顯示、調(diào)整數(shù)據(jù)顯示、 現(xiàn)場設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、各檢測元器件狀態(tài)、產(chǎn)品計數(shù)、當(dāng)班當(dāng)日當(dāng)月的產(chǎn)品支數(shù)的記錄、故障報警等畫面顯示，由于采用上位機(jī)進(jìn)行管理，編制設(shè)備自診斷功能，在設(shè)備運(yùn)行過程中，能自動判斷設(shè)備運(yùn)行過程中異常并給出檢修指導(dǎo)方式。

6 結(jié)論
雪普變頻器6SAC通過參數(shù)設(shè)置和附加控制工藝板與PLC通訊，可滿足冷床對傳動系統(tǒng)要求大速比變化、高穩(wěn)態(tài)精度等控制性能的需要。本套系統(tǒng)在天津無縫鋼管廠已投入生產(chǎn)，經(jīng)生產(chǎn)實踐證明冷床運(yùn)行穩(wěn)定，工作可靠，節(jié)電率高，充分滿足了生產(chǎn)過程的需要。