1 引言 Φ120無縫鋼管工程用來生產外徑范圍為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、地質管、汽車半軸套管、石油裂化管、結構用管等。這些鋼管在進行精整前要通過冷床區。 天津無縫鋼管廠Φ120機組無縫生產線冷床區電氣設備分為主傳動和輔助傳動兩部分組成，主傳動包括：1#正轉傳動，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。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，又可自轉滾動，這樣鋼管在充分冷卻的同時又被矯直。 技術性能參數如下： 管徑： ø89~ ø 177.8mm 壁厚：4.5~16mm 管長：max 13000mm 運輸距離：42m 1.1電機參數 主電機型號：1#，2#正鏈傳動YTSP280M-6M 55KW 轉速： 975ｉ=756rpm 電壓：AC 380V 1.2 負載特性及其電控要求 冷床為恒轉矩負載，要選擇具有恒轉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，實現對整個控制系統的可靠、協調的控制，以滿足控制系統正常工作的需要。 為滿足冷床傳動控制系統的可靠性和良好的控制精度與穩定性，我們選擇西門子PLC300 和西門子6SE70矢量控制變頻器，利用PROFIBUS通信協議實現PLC與變頻器的通信功能。 PLC控制系統主要完成以下一些任務：主傳動系統、輔傳動系統、現場檢測信號采集等邏輯運算、程序控制、狀態監控以及與上位機的通訊，積極配合MES系統，提供相應的通訊設備、數據庫，留有設備控制端口，讓MES系統直接參與過程控制，并協助廠方共同完成MES管理系統 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生產的高品質、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；緊湊的結構設計，可以靈活安裝；先進的控制算法；空間電壓矢量技術、停電再啟動、自動電壓調整、死區補償、自動轉差補償、節能運行、內置PID，保證高精度的控制要求；按照國際標準進行設計和測試，保證產品的可靠性；豐富的可選配件，可以進行多種配置選擇。 其與PLC配合使用，可以實現速度鏈控制、自動負荷控制、速差控制、張力控制等功能。電機的速度、力矩連續可調。從而可實現電機在低速狀態時的平滑運行和高力矩、高精度的速度、力矩控制[2]。由于以上優點，我們選擇雪普變頻器6SAC作為主傳動的驅動裝置。 3 控制系統組成 冷床系統采用PROFIBUS網進行PLC,ET200S遠程站及傳動裝置6SAC變頻器間的數據交換與通訊。PROFIBUS有極高的傳輸速率，多種網絡拓撲結構。通過PROFIBUS-DP網絡接口，可實現主PLC與各主傳動系統之間的設定值、指令和數據的傳送, 從而實現網絡控制；在操作臺和現場設有ET200S遠程站，通過PROFIBUS-DP網絡化分布式控制。 PLC系統配有多條PROFIBUS-DP網絡，把各區傳動系統及遠程操作部分分段組網，在提高系統響應速度的同時，也增加了系統的安全可靠性。 該網絡的主要特點： a．網絡可容納的通訊節點數量可靈活組態 b．網絡的通信速率為500Kbps c．網絡通訊協議：PROFIBUS-DP d．每臺聯網的PLC或傳動裝置均裝有一塊網絡接口模塊 e．PLC與傳動間的各種控制信號和狀態信息都可以通過網絡實現（包括數字信號和模擬信號） 整個冷床區包括西門子6SAC變頻器2臺，分別作為1#正轉傳動，2#正鏈傳動， 3個ET200S作為遠程I/O，分別是液壓站，操作臺和現場操作箱的遠程站。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PROFIBUS-DP通訊時，當通訊數據為3字節或大于4字節時，就要調用SFC15給數據打包，調用SFC14給數據解包。冷床1#正轉傳動裝置的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控制系統參數設定及功能實現 4.1 變頻器參數優化 變頻器參數的優化設置是充分發揮該變頻器功能的保證。通常要對變頻器進行專家應用的參數設置，這種設置經常用于事先不能確切了解裝置的使用條件且具體的參數的調整必須在本機上完成的情況。 在實際使用中，變頻器是用上位機通過PLC通訊控制的，當通訊故障或特殊情況時，需要用操作臺進行本地控制，這一功能的實現就需要使用參數組切換的功能。具體步驟如下： 內控（通過控制柜上的按鈕）的實現： 圖1 變頻器控制端子圖 1、 按PRGM鍵調節上升或下降鍵，使面板顯示Pr-01，按FUNC，把里面的數值00改為01； 2、 按FUNC保存。此時變頻 已經為外部控制，面板上的RUN鍵不起作用。把單片機板接左邊上的小鈕子開關撥到左邊，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：在控制面板上設置參數Pr-41設為3，Pr-40設為2，Pr-39設為1，同時將端子AV1、ACM、+10V與電位計連接。 6、 變頻器點動運行設置：參數設置Pr-41設為9（點降速），Pr-40設為8（點升速），Pr-39設為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 分別為正反轉開關；DCM 為地線。 外控(通過遠程PLC控制)的實現: 6SAC系列變頻器具有內建RS-485串聯通訊接口，串聯通訊端口（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串聯通訊接口時，變頻器預先設置：P00=02（485串聯通訊接口控制）P01=03（RS-485串聯通訊接口控制 STOP有效） 或者P01=04（RS-485串聯通訊接口控制，STOP無效）P78=00~31（指定通訊地址，計算機根據個別地址實施控制。） 變頻器RS-485信號轉換為PROFIBUS-DP數據信號，需要配6SAC-R485-PBS模塊。 1、模塊設置 （1）. RS485（RS232）端波特率設置：打開機盒，可以撥碼開關SW，第八位為特率設置位。ON=9.6K，OFF=19.2K。出廠設置為19.2K。 （2）. 站地址設置： 撥碼開關SW的第一位至第七位為站地址設置位，OFF=1。站號可在0000000到1111110間選擇（十進制0~126）。 2、模塊安裝 將24VDC電源接入轉換模塊電源端子， 注意：正負極性。變頻器端子（SG+、SG-）分別接轉換模塊的TXD（B）端、RXD（A）端；現場總線的9針D型端口：3號接轉換模塊的B（4號）端，8號接轉換模塊的A（6號）端。 3、操作程序： （1）. 將雪普公司提供的GSD文件拷入組態軟件的GSD目錄下。 (2). 將模塊作為PROFIBUS-DP從站組態到PROFIBUS-DP主系統（分配的地址必須與模塊設置的地址一致）。將對用戶設備的操作命令從PROFIBUS-DP主站輸出數據口發送到用戶設備校驗，從用戶獲得數據由PROFIBUS-DP主站讀取。 4.2 軟件編程 軟件的實現是在STEP 7 V5.3環境下對變頻器進行控制的。通過PROFIBUS DP調用功能塊實現在主、從站之間雙向數據傳送。 在主站PLC可以通過調用Communication Blocks中 FC1 “DPRD_DAT“和FC2 “DPWR_DAT“來完成和從站的數據交換，而對于從站來說可以調用FC1 “DP_SEND“ 和FC2 ”DP_RECV“完成數據的交換。下面為實現通訊的部分程序。 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，FC1中W#16#100為十六進制的寫起始地址，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 個狀態字。 另外通過上位機監控軟件WINCC還可以采集變頻器的速度值和電流值。 5 上位機實現 冷床區上位機監控系統主要功能是進行相關變頻器參數的設定、各種運行數據顯示、調整數據顯示、 現場設備運行狀態、各檢測元器件狀態、產品計數、當班當日當月的產品支數的記錄、故障報警等畫面顯示，由于采用上位機進行管理，編制設備自診斷功能，在設備運行過程中，能自動判斷設備運行過程中異常并給出檢修指導方式。 6 結論 雪普變頻器6SAC通過參數設置和附加控制工藝板與PLC通訊，可滿足冷床對傳動系統要求大速比變化、高穩態精度等控制性能的需要。本套系統在天津無縫鋼管廠已投入生產，經生產實踐證明冷床運行穩定，工作可靠，節電率高，充分滿足了生產過程的需要。