基于PROFIBUS-DP/MPI双总线和汇川变频器的复合机实现

　　一：概述：

复合机是指通过某种工艺方法，将两种或者两种以上的材料，层合在一起，形成新的一体材料的设备。经过复合之后的材料，一方面可以保持原有材料的优点，另一方面可以弥补各自的缺点。

常见的复合方法有干式复合，湿式复合，热熔复合，挤出复合，和无溶剂复合法。干式复合式复合工艺的常见方法之一，它是在复合基材上均匀涂布一层溶剂型粘和剂，通过烘箱除去粘和剂后干燥，在热压状态下与其它复合基材复合后形成复合材料。常用材料是塑料薄膜，纸张以及铝箔等。

而无溶剂复合则指粘和剂中无溶剂，是一种环保型的材料，因此，无需对溶剂所谓的干燥，即可直接进行粘和。

很多的设备仅适用其中的一种工艺，多功能复合机则可以提供以上的两种工艺过程，因此，适用范围和材料的能力更强，但系统的结构也会变得复杂，造价也会显得更高。同时由于功能的复杂性和控制单元的增多，对系统复合速度，复合效果要求更高，因此，对于选择一种合理的控制方式，综合技术经济性方面提出了更高的要求。

　　二：一种典型的多功能复合机传动系统分析

　　（一）：传动系统简图

比较典型的多功能高速复合机系统的传动系统和工艺过程如示意。

该系统一般由两套相对独立的复合装置组成，这两套装置完成干式有溶剂复合和无溶剂复合

从可以看出，基本上电机的配置达13台或14台更多。

　　（二）：系统功能的分析：

A：模拟信号输入通道数

系统中至少需要考虑7段张力，这几段张力控制可以根据机械的空间结构，来确定是安装张力传感器还是安装浮动辊，对于汇川变频传动装置而言，无论是浮动辊模式还是张力传感器模式，其信号的性质都是一样，采集标准的0-10V信号或4-20MA  的电流信号。

则本系统总共需要7通道模拟输入来接受张力反馈信号。

B：模拟输出信号通道数

根据系统中电机的分布，每台电机需要一个张力给定或速度给定信号，因此，需要占用的AO通道数为14路，对于收卷装置而言，锥度控制信号需要至少占用的AO通道为1路。考虑上胶电机和风机的驱动，则需要再增加至少2路的AO通道；

综合以上的要求，则需要17个模拟信号通道（其中一路备用）。

C：普通逻辑I/O：

系统中共有收卷/放卷架共4个，每个放卷架自动测量新料卷的直径，然后将这个直径以通讯方式给到待换卷的变频器，供卷曲张力变频器使用，同时，每个放卷架完成本地的自动换卷逻辑。这样，总计的DI/DO点数大约120个。考虑收卷/放卷功能相对独立，因此，将收放卷独立作成一个MPI子站，而基本框架程序可以通用，这样，显着提高了编程工作效率，适合现代模块化，通用化编程思想。

D：汇川变频器张力控制思路：

MD320内置性能优良的PID控制器，加入前馈控制可使扰动，PID幅度可以自由调节，具有多种速度给定方式，模拟输入通道可以0-10V任意标定； 同时多种速度给定通道可以自由切换（压辊压下和离开需要投入/切除PID控制）。因此，全部夹辊采用MD320+PG卡实现闭环矢量的张力控制；

MD330是中心卷曲专用变频器，支持速度模式/转矩模式的中心卷曲，内置性能优良的卷径计算模块，多种卷径计算方法，内置多曲线锥度控制器，可以适应各种材料的卷曲锥度，尤其值得一提的是预驱动功能，我们只要在适当的时候发出驱驱动命令，待换卷的变频器即自动适应当前线速度运转。

　　三：控制系统的方案：

　　（一）：方案纲要：

综上所述，我们可以求得性价比的控制系统方案。即：

1：系统划分为两层网络-------MPI网络和PROFIBUS-DP网络；

2：MPI网络中，将SIEMENS TP270，TP170B，CPU314-2DP，三个S7200子站连接在一起，MPI的网络速度187.5K BAUD，完全可以满足数据交换的要求；

MPI网络主要完成各子站间的控制命令和自动直径数据的交换；每站交换多12 个字节；

3：PROFIBUS-DP网络用于连接除烘箱，风机以外的所有变频器，张力传感信号全部进入汇川    MD320/MD330变频器，去除所有PLC的AI/AO。至于张力控制的相关参数，变频器控制命令（如启动/停止/预驱动/当前卷径）等，全部由DP总线通讯完成。

　　（二）方案实施：

1：建立MPI网络，先单独赋予CPU314C-2DP，TP270-10，TP170B，及其它三个PLC以不同的站地址。地址依次为2，3，4，5，6，7。并允许TP270-10，TP170B从MPI口；这样的主要目的是为了提高工作效率，采用一条PC ADAPTER，即实现一个地方全部和调试，无须拨插调试电缆到HMI和各PLC站；

2：建立PROFIBUS-DP网络；配置各变频器站地址和通讯速度，以及PPO类型。

汇川变频器的MD32PFS卡内置于变频器，支持PPO1，PPO2，PPO3，PPO5这5种报文类型。

特别值得一提的是：MD32PFS的PPO5，是一个客户自定义的报文类型，其结构如下：

其中的PZD3-PZD12是一个自由地址映射区，可以访问到变频器的任何一个参数，这无疑加快了访问速度，同时，增加了用户的自由度。因此，我们决定采用PPO5。

3：调试各个变频器张力控制系统：

对于汇川MD320/MD330而言，这是一件很轻松的事情，配置AI属性，PID属性，卷曲模块的输入输出，卷径计算模块，预驱动换卷模块。

MD330是可以实现零速度张力保持的，这是相当不错的一个功能，这样可以尽可能减小启动/停止时的张力冲击。

4：建立各个子站的控制逻辑，这个过程比较简单，主要完成一些诸如自动卷径测量，预驱动逻辑等，关键部分在于子站和S7300站之间的数据传递，即可以采用TP270的VB脚本来完成，也可以在S7300侧采用X-PUT，X-GET函数完成。

5：报警和诊断模块；

这个模块也是非常重要的，DP从站掉站，DP故障，I/O访问错误等，可以为用户提供维修定位指南。依赖S7300的功能功能（使用OB85/0B86/OB122），可以方便的诊断到具体是哪个DP 子站退出循环，已经发生了何种类型的故障代码。

因为采用汇川变频器MD330，可以直接接受张力反馈信号，并自动处理，则所有的模拟信号可以全部取消，本身DP的速度达到12M的波特率（要求电磁干扰防护做的非常好），DP本身的速度只要达到1.5M就已经具备了比模拟信号更快的速度。而且，模拟信号直接在变频器内部进行转换和运算，内部本身采用TI公司的32位DSP，具有比PLC更快的处理和运算速度。如果模拟信号经过PLC进行变换，处理（PID运算尤其占用PLC的CPU更多的扫描时间），再输出给变频器。如采用常规数据处理模式，一则对CPU的运算速度提出更高的要求，而需要使用更快，更昂贵的CPU和大量的AI/AO模块，二则处理过程已经明显比变频器处理速度慢。

　　三： 双总线的方案优势

PROFIBUS是一种开放的总线，由SIEMENS倡导，13家企业和5家研究机构支持，80年代末已经发展成为国际标准，并在92年被中国采纳为行业标准。2006年11月正式被采纳为中国的国家标准。

　　本系统中，我们可以明显地看到以下优势：

1：开放性：任何支持DP标准的第三方设备，均可被挂到总线上，这样，使工厂的自动化孤岛，有可能通过这个总线被全部连接到一起。

2：实时性：PROFIBUS-DP由于采用高速芯片封装协议，具有12M BPS的通讯速度，与普通的通讯38.4K相比，具有无可比拟的优势；

3：极高的可靠性：PROFIBUS DP采用的令牌传递方式，即使有网络站点出现故障，故障机站退出令牌循环，网络仍然可以可靠运行，并错误。普通的通讯需要自己诊断通讯错误。

4：省配线：简化维护工作：DP总线采用2芯5类电缆，所有的站点只需依赖这两条线，即可得到完全的控制，使得很多的I/O信号不需要再连接到现场设备，使控制柜变得简洁，并额外省去复杂的接线

5：可以去除所有的AI/AO模块，去掉这一大块成本；

而MPI总线，我们可以省去昂贵的ET200M子站系统。同样达到数据交换的目的。

　　五：结束语：

该系统采用了MD320/MD330的张力控制系统（电流闭环矢量），在性能上完全可以和国外品牌相媲美，各张力段的控制非常稳定，换卷过程非常平稳，采用MPI和DP总线系统，在这种设备上是一种全新的尝试，工艺上由于采用了国际的无溶涂布技术，整机的档次，效果是非常理想的。该机器出口至东南亚某发达国家，完全符合当地环保，控制网络化的要求。