雪普变频器在无缝机组中的应用

1 引言
Φ120无缝钢管工程用来生产外径范围为Φ70mm～Φ177.8mm、壁厚范围为 6mm～30mm的高压锅炉管、石油专用管、液压支柱管、地质管、汽车半轴套管、石油裂化管、结构用管等。这些钢管在进行精整前要通过冷床区。
天津无缝钢管厂Φ120机组无缝生产线冷床区电气设备分为主传动和辅助传动两部分组成，主传动包括：1#正转传动，2#正链传动。辅助传动包括：输入辊道，输出辊道，每段辊道共8台电机。天津无缝钢管厂采用的是链条式冷床，这种冷床总长42米，它具有如下特点：
1.冷却均匀。
2.钢管的表面损伤少。
3.钢管通过正向链、反向链的带动，即可前进，又可自转滚动，这样钢管在充分冷却的同时又被矫直。
技术性能参数如下：
管径： ø89~ ø 177.8mm
壁厚：4.5~16mm
管长：max 13000mm
运输距离：42m
1.1电机参数
主电机型号：1#，2#正链传动YTSP280M-6M 55KW
转速： 975ｉ=756rpm
电压：AC 380V
1.2 负载特性及其电控要求
冷床为恒转矩负载，要选择具有恒转矩控制性能的变频器，并具有较高的分辨率，良好的通讯能力，并采用PLC作为控制单元，实现对整个控制系统的可靠、协调的控制，以满足控制系统正常工作的需要。
为满足冷床传动控制系统的可靠性和良好的控制精度与稳定性，我们选择西门子PLC300 和西门子6SE70矢量控制变频器，利用PROFIBUS通信协议实现PLC与变频器的通信功能。
PLC控制系统主要完成以下一些任务：主传动系统、辅传动系统、现场检测信号采集等逻辑运算、程序控制、状态监控以及与上位机的通讯，积极配合MES系统，提供相应的通讯设备、数据库，留有设备控制端口，让MES系统直接参与过程控制，并协助厂方共同完成MES管理系统

2 雪普6SAC变频器
6SAC系列变频器是雪普（中国）电气有限公司自主开发生产的高品质、多功能、低噪音变频器。其丰富的功能，完全满足您各种不同的需求；紧凑的结构设计，可以灵活安装；先进的控制算法；空间电压矢量技术、停电再启动、自动电压调整、死区补偿、自动转差补偿、节能运行、内置PID，保证高精度的控制要求；按照国际标准进行设计和测试，保证产品的可靠性；丰富的可选配件，可以进行多种配置选择。
其与PLC配合使用，可以实现速度链控制、自动负荷控制、速差控制、张力控制等功能。电机的速度、力矩连续可调。从而可实现电机在低速状态时的平滑运行和高力矩、高精度的速度、力矩控制[2]。由于以上优点，我们选择雪普变频器6SAC作为主传动的驱动装置。
3 控制系统组成
冷床系统采用PROFIBUS网进行PLC,ET200S远程站及传动装置6SAC变频器间的数据交换与通讯。PROFIBUS有极高的传输速率，多种网络拓扑结构。通过PROFIBUS-DP网络接口，可实现主PLC与各主传动系统之间的设定值、指令和数据的传送, 从而实现网络控制；在操作台和现场设有ET200S远程站，通过PROFIBUS-DP网络化分布式控制。
PLC系统配有多条PROFIBUS-DP网络，把各区传动系统及远程操作部分分段组网，在提高系统响应速度的同时，也增加了系统的安全可靠性。
该网络的主要特点：
a．网络可容纳的通讯节点数量可灵活组态
b．网络的通信速率为500Kbps
c．网络通讯协议：PROFIBUS-DP
d．每台联网的PLC或传动装置均装有一块网络接口模块
e．PLC与传动间的各种控制信号和状态信息都可以通过网络实现（包括数字信号和模拟信号）
整个冷床区包括西门子6SAC变频器2台，分别作为1#正转传动，2#正链传动， 3个ET200S作为远程I/O，分别是液压站，操作台和现场操作箱的远程站。另外还有1个TP177A触摸屏作为二级主站，主CPU选择CPU315-2DP，带MPI/DP和 DP接口[5]。　　
在组态PROFIBUS-DP通讯时，当通讯数据为3字节或大于4字节时，就要调用SFC15给数据打包，调用SFC14给数据解包。冷床1#正转传动装置的PROFIBUS地址为13，输入输出地址为I：348-359，Q：348-359.
CBP板选为6SE7090-0xx84-0FF0/0FF5 ， PP04 ：0 PKW/6 PZD。
4控制系统参数设定及功能实现
4.1 变频器参数优化
变频器参数的优化设置是充分发挥该变频器功能的保证。通常要对变频器进行专家应用的参数设置，这种设置经常用于事先不能确切了解装置的使用条件且具体的参数的调整必须在本机上完成的情况。
在实际使用中，变频器是用上位机通过PLC通讯控制的，当通讯故障或特殊情况时，需要用操作台进行本地控制，这一功能的实现就需要使用参数组切换的功能。具体步骤如下：
内控（通过控制柜上的按钮）的实现：

1、按PRGM键调节上升或下降键，使面板显示Pr-01，按FUNC，把里面的数值00改为01；
2、按FUNC保存。此时变频已经为外部控制，面板上的RUN键不起作用。把单片机板接左边上的小钮子开关拨到左边，面板显示为F0.0，即频率为0HZ，拨回右边显示50HZ。
3、变频器正转启动：通过按钮将FWD和DCM两端接通，面板上的RUN 灯和FWD灯点亮，变频器正向启动；按停止按钮，面板上的RUN 灯和FWD灯灭，变频器停止（如图1所示）。
4、变频器反转启动：通过按钮将REV和DCM两端接通，面板上的RUN 灯和REV灯点亮，变频器反向启动；按停止按钮，面板上的RUN 灯和REV灯灭，变频器停止。
5、变频器模拟电位器控制：在控制面板上设置参数Pr-41设为3，Pr-40设为2，Pr-39设为1，同时将端子AV1、ACM、+10V与电位计连接。
6、变频器点动运行设置：参数设置Pr-41设为9（点降速），Pr-40设为8（点升速），Pr-39设为0。同时点升时外部端子M1与DCM端子相连，同时点降时外部端子M2与DCM端子相连。
其中：RUN 分别为按扭，RUN为点启， STOP为点停；FWD/REV 分别为正反转开关；DCM 为地线。

外控(通过远程PLC控制)的实现:
6SAC系列变频器具有内建RS-485串联通讯接口，串联通讯端口（SG+、SG-）位于控制回路端子，端子定义如下：SG+信号+端，SG-信号-端。使用RS-485串联通讯接口时，变频器预先设置：P00=02（485串联通讯接口控制）P01=03（RS-485串联通讯接口控制 STOP有效）或者P01=04（RS-485串联通讯接口控制，STOP无效）P78=00~31（指定通讯地址，计算机根据个别地址实施控制。）
变频器RS-485信号转换为PROFIBUS-DP数据信号，需要配6SAC-R485-PBS模块。
1、模块设置
（1）. RS485（RS232）端波特率设置：打开机盒，可以拨码开关SW，第八位为特率设置位。ON=9.6K，OFF=19.2K。出厂设置为19.2K。
（2）. 站地址设置：
拨码开关SW的*位至第七位为站地址设置位，OFF=1。站号可在0000000到1111110间选择（十进制0~126）。
2、模块安装
将24VDC电源接入转换模块电源端子，注意：正负极性。变频器端子（SG+、SG-）分别接转换模块的TXD（B）端、RXD（A）端；现场总线的9针D型端口：3号接转换模块的B（4号）端，8号接转换模块的A（6号）端。
3、操作程序：
（1）. 将雪普公司提供的GSD文件拷入组态软件的GSD目录下。
(2). 将模块作为PROFIBUS-DP从站组态到PROFIBUS-DP主系统（分配的地址必须与模块设置的地址一致）。将对用户设备的操作命令从PROFIBUS-DP主站输出数据口发送到用户设备校验，从用户获得数据由PROFIBUS-DP主站读取。

4.2 软件编程
软件的实现是在STEP 7 V5.3环境下对变频器进行控制的。通过PROFIBUS DP调用功能块实现在主、从站之间双向数据传送。
在主站PLC可以通过调用Communication Blocks中 FC1 “DPRD_DAT“和FC2 “DPWR_DAT“来完成和从站的数据交换，而对于从站来说可以调用FC1 “DP_SEND“ 和FC2 ”DP_RECV“完成数据的交换。下面为实现通讯的部分程序。

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，FC1中W#16#100为十六进制的写起始地址，P#M10.0 BYTE 12为从M10.0开始的12个控制字。FC2中W#16#100为读起始地址。P#M 60.0 BYTE 12为从M60.0开始12 个状态字。
另外通过上位机监控软件WINCC还可以采集变频器的速度值和电流值。

5 上位机实现
冷床区上位机监控系统主要功能是进行相关变频器参数的设定、各种运行数据显示、调整数据显示、现场设备运行状态、各检测元器件状态、产品计数、当班当日当月的产品支数的记录、故障报警等画面显示，由于采用上位机进行管理，编制设备自诊断功能，在设备运行过程中，能自动判断设备运行过程中异常并给出检修指导方式。

6 结论
雪普变频器6SAC通过参数设置和附加控制工艺板与PLC通讯，可满足冷床对传动系统要求大速比变化、高稳态精度等控制性能的需要。本套系统在天津无缝钢管厂已投入生产，经生产实践证明冷床运行稳定，工作可靠，节电率高，充分满足了生产过程的需要。