（机械工程专业论文）profibus现场总线技术在滤棒储存输送系统电气改造中的应用.pdf

p r 躺l s 现场总线技术在滤棒健存输送系统电气改造中的艨用 摘要 现场总线技术是2 0 世纪8 0 年代后期发展起来的 一种用于工业控制网络的 遥信技术 它是自信患技术飞速发展葶l 麓瓣 是综合运瘸微楚疆援术 鼹络技术 通信技术朔自动掇制技术的产物 该项新兴技术正逐步广泛地殿用到工业控制 楼字鸯动纯 汽警翻造 靛天工簸等领域 孳 怒了鑫动纯控翻镁域蘸掰未有静深 刻变革 本文以滤棒储存输送系统样机 m t 4 0 0 农常德卷烟厂试运行过稷中出现的 丽蘧为背蓑 对原电控系统实箍改造设计进行了妊要懿分耩 遴露提出了基予蕊场 总线控制方式的电气改造设计总体方案 对予基予瑷场总线控翻蠢式静毫控系统设诗 蓠先逸弹了p l i 游i 瑟s l o n w 0 r k s 和d e v i c e n e t 三种比较典型的现场总线 并结合滤棒储存输送系统的控 稍特点 逶过对魄分桥 确定建麓p r o f l 8 鞋s 褒缓总线瓣逶信蛰议 然露 根豢瑷 场总线控制系统的网络组建规则 从网络集成设备的选挺 网络物理连接 拓扑 缭梅豹确定 毫气改造舔理图设计 系绫安全霹靠往浚诗班及系统控翻程旁设计 等几个方面进行了详细的讲述 对手滤棒糖存输送系统瑗弱戆线逶髂骞毛瑾懿分褫秘必 采臻毽论冬吴俸越程 控制相结念的方法进行详细讲述 基于p r o f i b u s 现场总线技术的滤棒储存输送系 统邃气改逸设诗内容 主要获系统信号梭溺与簸毽方式豹改进设诗 烹落缓洚萃 元电机控制方式的改进设计 系统诊断殿生产过程数据信息的集成设计和系统从 辩诊錾臻戆凌诗等死令方瑟讲辫 最后燕要讲述了本系统的主疆控制对象一一基于p r o f i b u s 现场总线控制技 拳戆蚤8 n f o s s 交羧器应熏磷究与试验 关键溺 滤捧 联场慧线 逶信貉议 数据掺式 改造设诗 三墼堡主堂竺丝苎 一 a b s t r a c t t h et e c h n o l o g yo f6 e l db u si sd e v e l o p e ds i n c et h el a t e1 9 8 0 s w h i c hi su s e di n t 1 1 ef i e l do fi n d u s t r i a lc o n t r o l f i e l db u sd e v e l o p s 丘d mt h ei n f o r m a t i o nt e c l l i l o l o g y a l s oi t st h em u l t i p l eu s i n go ft h em i c r o p r o c e s s i n g t h en e t w o r k t h ec o m m u i l i c a t i o n a n dt h ea u t o m a t i cc o n t m l t e c h n o l o g y g r a d u a l l y f i e l db u si sb e i n g 谢d e l yu s e di nt h e f i e l do fi r l d u s t r i a lc o m r o l b u i l d i n ga u t o m a t i o na l l d 也es p a c en i g h ti n d u s t r y i tb r i n g s a b o u tad e 印l yr e v o l u t i o nm a tn e v e r h a p p e n e d 谢t 1 1 i nt h ea u t o m a t i cc o n t r 0 1 t h et o p i c d i s c u s s e di nt h i sl e c t u r ei so nm eb a s i so ff i l t e r r o dr e st o r ea i l dt a i l s p o r t a t i o n s y s t e mp m t o t y p e m t 4 0 0 t r i a lm n m n gi nt h ec i g a r e t t ef a c t o r yo fc h a n g d e i ti s m a d em en e c e s s i t ya n a l y s i so f t r a l l s f b m i n gt h ef o 衄e re l e c t r i c a lc o n t r o ls y s t e mi nt l l i s l e c t l l r e f l l n h e m o r ei tp u tf o r w a r dt h eg e n e r a ls c h e m eo fe l e c t r i c i t yt r 锄s f o 珊i n gw i t h f i e l db u sc o n t r 0 1 i na c c o r d a n c et ot 1 1 ec h a r a c t e ro ft h ef i l t e r r o dr e s t o r ea n dt r 蛆s p o r t a t i o n s y s t c m t h ec o m m 蚰i c a t i o np r o t o c o lo fp r o f i b u si s c h o s e na f t e rc o m p a r i n gm e3 t y p i c a lf i e l db u s p r o f i b u s l o n w o r k sa i l dd e v i c e n e t t h e n i ti sd e t a i l e d d i s c u s s e di nt h e s ea s p e c t s t h es e l e c t i o no ft h en e t w o r ki n t e g r 习吐i n gd e v i c e t h e p h y s i c a lc o 皿e c t i o n o ft h en e t w o r k t h et o p o l o g ys t m c t u r e t h es c h e m eo ft l l e e l e c t r i c i t yt r a l l s f o m i n g t l l es a f j t y 趾dr e l i a b i l i t yd e s i g n i n go fm es y s t e m a l l dt h e d e s i g n i n go f t h ec o n 拄o lp r o g r 锄 i nr e g a r dt ot h ea n a l y s i so ft h ef i e l db u sc o m m u n i c a t i o np r i n c i p l eo ff i n e r r o d r e s t o r e 蚰dt a n s p o r t a t i o ns y s t e m t h el e c t u r ed i s c u s s e dt h i sb yi n t e g r a t i n gt h et h e o d r a n dt h ep r a c t i c a lp r o c e s sc o n t r o l t h ec o n t e n to ft h ee l e c t r i c i t y 仃 m s f o n n i n go ft h e s y s t e mw i t hp r o f i b u si n c l u d e st 1 1 ed e s i g n i n go fs i g n a ld e t e c t i n ga n dd e a l i n gs y s t e m t h ed e v e l o p i n go ft h em a j o rc a c h eu i l i tm a c h i n ec o n t r o l 廿1 ei n t e g r a t i o no ft h es y s t e m d i a g n o s i s 吼dd a t ai n f b 瑚a t i o n a i l dt l l es u b o r d i n a t es t a t i o nd i a g n o s i sf h c t i o n i nt h ee n do fm el e c t u r e i ti sd i s c u s s e dt h em 句o ro b j e c to ft h es y s t e m 协e a p p l i c a t i o na i l de x p e r i m e n to ft h ed a n f o s si n v e r t e r 讲t hp r o f i b u s k e yw o r d s f i l t e r r o d f i e l db u s c o m m u n i c a t i o np r o t o c o l d a t af o n n a t i m p r o v e d e s i g n v 湖南大学 学位论文原创性声鞠 本人郑重声明 所呈交的论文匙本人程导师的指导下独立进行研究所 取得的研究成果 除了文中特别加以标注弓f 用的内容外 本论文不包含任 舞其德个人或榘钵已经发表城撰写瓣成果作品 黠本文魍研究做出重要烫 献的个人和集体 均已在文中以明确方式标明 本人完全意识到本声明的 法律露粟峦本人承撩 作者签名 纭童乐露期 洳 年箩月 7 蠢 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留 使用学位论文的规定 同意 学校像罄并内国家有关部门竣梳梅送交论文静复涕释帮毫子箴 允许论文 被查阅和借阅 本人授权湖南大学w 以将本学位论文的全部或部分内容编 入有关数据藤进行检索 可以采用影印 缩印或扫描等复制手段保存和汇 缓本学位论文 本学位论文属于 l 傈密口 农年鼹密螽逶瘸本授权书 2 不保密圃 请在欧上楣成方框内打 髓觏e 跏臼 书月 7 日 爨翅 翮年夕月哆疆 工程硕士学位论文 第1 章绪论 1 1 现场总线技术的产生 现状及发展前景 现场总线技术是2 0 世纪8 0 年代后期发展起来的一种用于工业控制网络的通 信技术 1 它是由信息技术飞速发展引起的 综合运用微处理技术 网络技术 通信技术和自动控制技术的产物 它把微处理器置入现场自控设备 使设备具有 数字通信能力 不但提高了信号的测量 控制和传输精度 同时丰富和拓宽了控 制信息的内容 便于操作管理人员更好 更深入地了解生产现厂和自控设备的运 行状态 目前国际上公认的现场总线可以归纳为三个标准族 1 一个是用于工业控制 系统的i e c 6 1 1 5 8 标准 它包括f f c o n t r o l n e t p r o f i b u s p n e t f f h s e s w i f t n e t w o r l d f i p 和i t e r b u s 等8 种现场总线 另一个是用于低压开关设备与 控制设备 控制器与电气设备接口的i e c 6 2 0 2 6 标准 它包括a s i d e v i c e n e t s d s 和s m c b 共4 种 还有一个是用于道路车辆数字信息交换的现场总线标准 i s o l l 8 9 8 它指定c a n 总线为其标准 1 工业控制系统向分散化 网络化 智能化的方向发展是大势所趋 这种被誉 为自动化领域的计算机局域网已成为全球工业自动化技术的热点 该项新兴技术 将被广泛地应用到工业控制 楼宇自动化 汽车制造 航天工业等领域 必将引 起自动化控制领域前所未有的深刻变革 1 1 2 课题背景 滤棒储存输送系统 早期样机原名简称m t 4 0 0 是我们常德烟草机械有限责 任公司自主开发设计的一种用于连接滤棒成型机和滤棒发射机之间的烟草机械 连接设备 1 主要作用 一方面改变了卷烟厂滤棒生产与卷接机组滤棒供料分离 的传统工作模式 实现了生产过程的自动化 另一方面将滤棒成型机生产的滤棒 通过在该系统的传输过程中得到干燥和固化 从而达到下道工序加工工艺的要 求 样机在常德卷烟厂的运行 总体来说满足了客户的整体需求 并取得了良好 的效果 同时也反应出了如下问题 如 滤棒物流运行不稳定 物流波动较大 对滤棒的输送质量造成一定的影响 显然从技术上看系统原来采用的p l c 集中控 制模式已不适应用户的需求 另外 随着烟厂逐步推行信息集成化管理方式 对 烟机设各的生产过程信息集成提出了较高的要求 实际情况表明 为了推广产品 市场 满足用户个性化的使用需求 使电控系统具有良好的灵活性 兼容性和可 p r o f l b u s 现场总线技术在滤棒储存输送系统电气改造中的应用 扩展性 为提升产品生存质量 增强产品的市场竞争能力 寻求一种新兴技术对 原样机的电控系统进行改造势在必行 1 3 课题来源及主要内容安排 常德烟草机械有限责任公司根据其为常德卷烟厂订作生产的滤棒储存输送系 统样机 m t 4 0 0 在实际使用过程中反应出的问题 为提升产品质量 更好地满足 用户需求 对其进行技术改造 包括机械部分和电气部分 本课题主要针对其原 电气控制部分 进行基于p r o f i b u s 现场总线技术的电气改造设计 使改造后的滤 棒储存输送系统与上 下位机的接口更加灵活 滤棒物流运行得更加稳定 操作 更加简单 系统的信息集成度高并且具有系统故障自诊断功能 同时降低产品的设 计开发成本 缩短装配调试时间和减少用户对设备的维护费用 本文首先从滤棒储存输送系统总体改造方案设计展开 然后围绕滤棒储存输 送系统p r o f i b u s 现场总线控制系统的设计 总线通信机理的分析研究和基于 p r o f i b u s 现场总线技术的系统功能改进设计进行讲述 最后对本系统的主要执行 机构 基于p r o f i b u s 现场总线变频器的具体应用进行了试验研究 本文结构和 主要研究内容安排如下 第一章首先简要地介绍了现场总线技术的产生 现状及今后的发展前景 然 后简述了滤棒储存输送系统的样机 在常德卷烟厂使用过程中出现的问题 以及 改进目标 并在此背景下 介绍了本课题的来源 最后 对本课题的主要研究内 容进行了总体概括 第二章主要讲述滤棒储存输送系统的总体改造设计方案 首先对滤捧储存输 送系统进行电气改造设计的必要性作了较深入 具体的分析 然后按照生产工艺 流程 对各部分的基本功能进行总体规划设计 最后阐述了电控系统确定选用现 场惑线控制方式的原因 第三章主要从现场总线类型的选择 网络集成设备的选配 电气改造设计的 原理图设计和基于现场总线通信的控制程序设计等七个方面 讲述滤棒储存输送 系统p r o f i b u s 现场总线控制系统的具体设计过程 其中着重阐述了控制系统选用 p r o f i b u s 现场总线通信协议的原因和整个系统控制程序的规划设计 第四章主要以理论与具体过程控制相结合的方法 进行滤棒储存输送系统总 线通信机理的分析研究 为了更好地进行总线通信机理的分析研究 首先以开放 系统互连参考模型为依据 较深入地讨论了l r o f i b u s 现场总线通信协议及其系统 工作过程的理论问题 然后 通过介绍滤棒储存输送系统网络集成设备的 p r o f i b u s 总线通信的数据格式定义 详细地阐述了整个滤棒储存输送系统的总线 控制系统的数据流 最后 以与上位成型机接口的提升电机的过程控制为实例 具体详细地讲述基于p l t 0 f i b u s 现场总线技术的通信和控制过程 工程硕士学位论文 第五章主要讲述基于p r o f i b u s 现场总线技术的滤棒储存输送系统功能改进 设计 其内容包括 系统信号检测与处理方式的改进设计 主体缓冲单元电机控 制方式的改进设计 系统诊断及生产过程数据信息的集成设计和系统从站诊断功 能设计等方面 第六章主要阐述了本系统主要的执行机构 基于p r o f i b u s 现场总线控制 技术的d a n f o s s 变频器的应用试验 p o n b m 现场总线技术在滤棒储存输送系统电气改造中的应用 第2 章滤棒储存输送系统总体改造设计方案 本章紧扣课题 首先对滤棒储存输送系统的原电控系统设计特点进行了详细 的分析 提出了对原电控系统进行改造设计的必要性 然后针对原电控系统存在 的问题 进行了系统总体功能的改造方案设计 最后通过比较分析 电控系统确 定采用新兴的现场总线控制方式 8 1 2 1 电气改造设计的必要性分析 滤棒存储输送系统是用于滤棒储存与输送的烟草机械专用设备0 1 该装置连 接于滤捧成型机与滤棒发射机之间 改变了卷烟厂滤棒成型机的滤棒生产与卷接 机组滤棒供料分离的传统工作模式 实现了滤棒从生产到进一步加工之间的自动 化传输 滤棒成型机生产的滤棒在该装置的传输过程中得到干燥和固化 从而达 到满足进一步的加工工艺要求 我们公司第一代滤棒储存输送系统的开发设计是在2 0 0 1 年6 月份 专门为常 德卷烟厂定做的 由于当时一些客观原因 电控系统的设计存在以下问题 1 采用西门子公司的s 7 3 1 2p l c 集中式传统控制模式 p l c 控制系统的接线 工作量大 同时需使用大量的电线和电缆 设计成本较高 同时安装和调试周期 长 用户维护成本高 2 为实现系统与上 下位机的柔性连接 接口输送通道电机采用的是直流调 速系统 不但成本高 而且维护和保养很不方便 特别是由于直流调速装置是 选用的德国h a u n i 公司专用件 一旦损坏不但采购成本高和更换周期长 更重要 的是严重影响生产 另一方面 直流调速装置通用性不强 需根据不同的用户设 计不同的接口以满足与上 下位机器的速度匹配 除此以外机械传动装置重复设 计的工作量大 从而影响产品的开发周期 3 主体部分的缓存单元和固化输送通道的电机 采用的是低转速 大扭矩的 三相交流力矩电机料位控制方式 即当输送通道滤棒料位达到某一位胃时 便起 动相应电机以某 固定速度运行 虽然这种控制方式结构简单 但是存在灵活性 差 对于不同烟厂一用户来说 为实现与不同的上 下位机生产速度的柔性连接和 满足滤棒固化时间的要求 常常需要重新设计机械传动比装簧 另外 从烟厂的 实际运行效果来看 基于这种控制方式的滤棒物流运行不平稳 波动大 常出现 滤棒的挤压或空缺现象 严重地影响了滤捧的输送质量 4 没有设计人机交互界面 所有机器的操作主要通过控制而板上的各按钮 指示灯来进行操作和监视 很不方便 系统的故障报警和生产过程数据信息不能 4 以图形或文字的方式进行显示 直观的提供给用户 5 滤棒储存输送系统的设计理念是以 空间换时间 因此该机器外形庞大 各检测点较分散且远离主控制器 这样信号传输线很长 信号容易受到干扰 1 因此通常选择的是数字式的检测开关 2 4 v d c 进行料位检测 这种方式虽然简单 但是对于料位需要进行比较精确检测的t 型汇流口来说 存在一定的料位检测误 差 从而影响系统的控制精度 6 另外 随着中国加入w t 0 烟草市场的逐步开放 烟厂用户为加强管理 对卷烟生产过程的信息化集成 提出了强烈的需求 旧的 信息孤岛 式的控 制模式已不能满足现在的用户需求 综上所述 为了提高产品质量和满足用户的现实需求 很有必要对滤棒储存 输送系统进行电气改进设计 2 2 系统功能设计 滤棒储存输送系统总体布局设计如图2 1 所示 按照功能划分为输入主通道 缓冲单元 固化输送通道和输出主通道 另外 根据烟厂用户的需求 还可灵活 配置装盘机 自动卸盘机或手动卸盘装置等辅助机械 共同组成一个较完善的连 接系统 按照滤棒储存输送系统生产工艺流程的要求 以及原电控系统存在的不 足之处 现对各部分的主要基本功能改进设计如下 1 输入主通道 将上游两组滤棒成型机生产的滤棒经垂直提升传输到t 型汇 流装置 使两股物流有序地汇合 荐经高架汇流输送通道输送至储存输送主体部 分 实现2 台滤棒成型机向主体部分的联合供料 为了实现接口输送通道与不同 种类的上游滤棒成型机的柔性连接 采用宽调速范围的b a u e r 变频电机 5 1 0 0 h z 因为将直流电机改为交频电机 1 可降低烟厂用户的维护费用 2 缓冲单元 当上 下游机生产能力及实际工作状况的不同或偶然的故障 导致上 下游机器供需能力短期不平衡时 系统内的2 个储存区可以自动协调上 下游机器生产能力的供求波动 从而避免上 下游机器之间的工作互相牵制 影 响整个系统的生产效率 当上游机生产能力大于下游机时 多余的滤棒自动进入 缓冲区储存 而当上游机生产能力小于下游机时 由缓冲区自动补充其差额进行 供给 如果两个储存区的储存量达到极限 系统自动启动与上游成型机配套的装 盘机 将多余的滤棒装盘分流 如果上游机长期供料不足 导致储存区排空 系 统可通过手动卸盘装置或自动卸盘机补充供料 如过系统无料补充 控制系统指 令下游机器停机等待 直到储存区达到适当的滤棒储存量后再重新启动系统 自 动卸盘机或手工卸盘台 既可单独工作 又可与系统联机工作 将缓冲单元交流 力矩电机的料位控制 改为b a u e r 变频调速电机的流量控制 缓冲单元输送电机 根据上 下游机滤棒的生产供需量的差额进行滤棒的缓存或补充 这样可避免原 p 秘 瑷场憩线技术谯滤捧继嚣输送系统电气改途中黪应用 控制方式下历造成大滤捧按压和燮形现象 有利予保证滤棒的输送质量 3 固化输送邋道 滤棒成型机生产的滤棒程进彳亍二次加工前 必须经过 定时阅的固化 使达到规定的硬度要求 豳化时阗的长短与使用舶固化剩类型及 工蕊要求宥关 滤棒储存输送系统采用了用空间按时问的方法达到用户舰定的鼹 短嘲化时间 进入赡存输邀主体豹滤捧在l 组黔梯式输送通道的传递过程中达到 规定的固他时间 为保证滤棒输送质量 提高系统与下游发射梳生产速率的柔憔 连接 将固化输送通道电机 m 6 m 7 m 8 原来的力矩电机料位控制也改为b a u e r 变频调速魄机的流燕控制 正常工作时懿与下游发射机褶匹配的生产速率运行 4 输出主通邀 当下游滤棒发射机有滤棒供料请求 且缓冲单元剪 定量的 滤棒时 系统启动输出主通道以与下游发射枕相烈配的生产速率运行 o 一 啦盘警mc 一 酶 l 毫j l l 良 j 溉 瑟扩硼喜熄w 一撇虹 旦刈 i l i 呻 2 f 一1 l 一蔼陡l 0 l 扣i 剥 匝 翟i l 潍i l 酬i 甯 褙m 需删 图2 1 滤檬储存输送系统结构示意图 综上所述 鏊个物流系统采用了基予上 下游祝生产速率的交频调逮流量控 制 在满足滤棒固化时间的前提下 在一定范围内通过变频调速可实现与不同种 类的上 下游祝实骥柔性涟接 鬣该设备瑟有禳好的柔瞧连接能力 另矫 由予 系统的所有驱动全部采用撼于现场总线的变频调遮控制 可提高整个物流运行的 稳定往 在一定程度上避免滤穰在运行中造成挤压和交形 胰丽保证滤棒酶输遴 质缀 为了方便篮整税器静纛产运行过程 增加设计融蒺释人一辘莽蕊 将过程参 数设置 生产过程数据信息以及系统故障报警等信息进行系统集成和触摸屏组态 戳文字或图形靛方式壹蕊静嚣示绘鹰户 为满足娲厂麓户今螽铸惑集成健管理方 式的发展方向 避免电控系统出现 信息孤岛 尽量采用现行的新兴控制技术以 掇离泡控系统静兼容往帮霹扩展健 另外 由于增加设计了触摸屏人一机界洒 可将原来在控制面板上的一些操 作敬铺按镊和指示灯等缀态至4 触蒺瓣中 不但可簿亿琢羧涮瑟扳麓设诗 降低奄 气成本 而且同时有利于提供系统的工作可靠性 禳据翻厂蠲户黪需求 有两秘不圈酶 受量 缭鞫形式 繇 一对一 q 时 系统将首先癌动4 逸电机撼转填料 运行速度 f 4 q 一 i i d 2 f d 琢 n o 5 5 另外 根据过程控制的要求 进料日料位只允许在 定范围内波动 为了消除割 算误差和因物流弓l 怒的波动 通过模拟传感器检测到的料位值对填料速魔迸行补 偿 修正计算公式为 f 4 p 絮 q q 6 i i d 2 厶 竹 致 h n 0 1 k o 5 6 其中 k 为速度补偿系数 孝卜偿原理和补偿曲线的设计与t 型汇流口模拟传感爨 的功能设计相同 在程序设计中调用同一控制功能块 当4 区填满艏 系统将启动5 区正转填料 5 区电机运行速度参照上述原理可得 f 5 产 q 2 一啪 i i d 2 f 拜 瓯 n o 1 k 5 7 控制流程 如图5 1 1 所示 其中 l 为崩动填料位置 可通过触摸屏进行现场 设定 三星堡主堂堡鎏苎 圈s 缓冲单元填料控制程序设计流程图 3 当上游机滤棒供给量小于下游机滤棒需求量 即q q l 当进料口的料位低于额定料位 l 0 达到某一位置 l 5 且泄降缓冲区5 的 料位下降致使料位检测杆触发检测开关 b 5 0 时 5 区电机反转卸料 其运行速 度为 f s w q e q i i d 2 f d h n 1 k 5 8 2 假设在5 区电机反转卸料的过程中 进料口的料位还进一步下降 达到某一更 低位嚣 l 4 时 4 区电机将以相对于5 区电机运行速度的某一比例k 该比例 系数可通过触摸屏进行设定 进行微补 4 区电机微补速度为 f 柏 f 1 k 4 5 9 3 当进料口的料位低子额定料位 l o 泄降缓冲区5 的料位下降没有使料位检 测杆触发检测开关 b 5 0 即不满足5 区电机反转卸料条件时 4 区电机将以以 下速度运行 f t w q 一q i d 2 f 0 d 4 h 4 n 1 k 5 1 0 控制流程 如图5 1 2 所示 4 9 兰篮 登薹釜整鎏鎏娄奎鎏辇璧蠢鎏鋈墨煞皇羔整鎏圭整鍪型 图5 1 2 缓冲鼯元卸料控制程序设计流穗图 3 改进效果 经过在烟厂近1 年的运行表明 采用熬于p r o f l b u s 现场总线的变频调速流 量控制方式蠢 缓冲单元秘流运行褥更加平稳 保证了滤棒的输送质量 深受用 户的欢迎 5 3 机器故障报警和生产过程数据的信息集成设计 为了便于监控机器的生产运行 满足港烟厂今后的信息佬集成建设 通过蕊 场总线采集更多豹设备现场信息 设计系统救障报警翻重要生产过程数据豹显示 从而使设讨4 舆有入性亿 下而针对系统中电机过流故障报警和输送带累计运行时 闽爨示 讲述基于总线的具体设计方案 工程硕士学位论文 1 电机过程状态监测信息 在滤棒输送过程中 有时会因输送带本身的质量原因运转不畅或有打横滤棒 被卡入皮带轮导板中 这两种情形都会造成电机的过载 严重时甚至造成电机堵 转 系统如果不及时进行检测并发出停机报警信息 将会对机器造成严重损伤 在改造前 电机过流保护主要是通过断路器来实现的 这种保护措施不是很理 想 因为断路器的电流整定值很难进行调整 通常情况下 是将断路器的电流整 定值调得偏大 除非电机出现严重的过载 否则断路器是不会进行跳闸保护的 这种处理方式虽然可减少机器的停机时间 但是影响电机的使用寿命 进行基于p r o f i b u s 总线的改造后 根据现场总线可从变频器从站中读取的状态 反馈字 状态反馈字位定义见表4 8 所示 通过控制程序对状态字的编程设计 可监测电机当前是否运行 运行速度 是否过压 过流以及电机内部温度是否过 高等 程序设计流程图 如图5 1 3 所示 其中 m o o 标志变量 1 时系统程序停机 m 0 1 标志变量 1 电机正在运行 m 0 2 标志变量 用于触摸屏电机过压报警 1 0 3 标志变量 用于触摸屏电机过流报警 m o 4 标志变量 用于触摸屏电机温度过高报警 2 输送带累计运行时间显示 输送带在运行使用一定时间后 容易被拉伸变长或造成磨损 为了保证正常 的生产运行 需及时对输送带进行调整或更换输送带 因此输送带的累计运行时 间对于卷烟厂用户来说是一个比较重要的生产过程数据 1 改造前 没有设计人一机界面 对于该生产过程数据限于当时控制系统的 局限性也没有进行有效的采集 因此对于设备的操作维护人员来说 很不方便 2 改造后 输送带的累计运行时间是通过计算相应驱动电机累计运行时间来 间接表示 并通过触摸频显示提供给用户 这样 为操作维护人员决定是否需要 调整或更换输送带提供了重要的参考 具体设计过程 l 通过总线读取变频器的状态字 状态字定义如表5 1 所示 可得知当前电机是 否在运行工作 2 通过程序设计 计算电机的累计运行工作时问 考虑到系统共有1 0 台电机 输 送带 累计运行时间计算 为了避免程序的重复设计 减少工作量 设计通用功 能块f b 3 0 如图5 1 4 所示 分别对l o 台电机的运行时间进行累计 r r o f i b u s 现场总线技术在滤棒储存输送系统电气改造中的应用 图5 1 3 电机状态监视程序设计流程图 m o t o r1 0r u n n i n g m 4 7 5 d b 2 0 r e s e t l 吣l 盹 i 雠s m d 8 2 d b 2 0 4 m 1 0r u n t i m et 讲眦 图5 1 4电机累计运行时间f b 3 0 功能块模型 其中 c o u n te n 电机运行标志变量 1 电机运行 c l o c k 订一时脉 p r e s e t 累计时间复位 一般用于更换皮带后的操作 c o u n t v a l 累计运行时间 单位 秒 t i m ev a l 累计运行时间 单位 x x x x x 小时x x 分钟 f b 3 0 功能块程序设计流程图 如图5 1 5 所示 图5 1 5f b 3 0 程序设计流程图 5 4 从站诊断功能设计 1 设计从站诊断功能的必要性分析 设计子站诊断功能的必要性主要从以下两个方面进行说明 1 从总线控制系统实际应用中容易出现的问题进行说明 目前 p r o f i b u s 系统的应用普遍出现一些问题 由于p r o f i b u s 数字通讯的不可见性 用户在进 行安装 调试过程中很难分析和定位故障 当网络规模比较大时 由于网络节点 众多 网络结构复杂 很难对单个节点和单个网段的通讯质量做定性和定量的评 p 鳓鹕褒场慧线技术森滤捧德存辕送系统逛毫改造孛夔应耀 售 2 从控制系统本身的特点避行分析说明 滤棒储存输送系统是在主站一 p l e 靛统一协调控铡下 宠成整个滤捧物流戆输送和存德 饪讶 个站点 模块 或信号通道发生故障 都将影响机器的整个运行状态 严重时甚至影响到整条生 产线的生产 下瑟以醴固化竣送通道变频器从站与p l c 烹站出现总线通傣故障为 例进行分析 说明设计从站诊断功能的必骚性 如图5 1 6 所示 当发懿槐有滤掺霈求 且缓冲单元一 4 区有一定量她缓冲滤接时 辕出主 通道和相应的固化输送通道便启动运行 t 时间后 假设6 固化输送通道变频 器从站出现总线通信故障 6 固化输送遭邀的出料端落料翻的滤榜将被逐步排空 如聚变频器从站总线通信撵线这一情形不能被系统诊断出和进行相应处理 那么 l 反 l 一 i压 6 辞辩佬肇送适连 7 鳗纯转送莲蓬 1 雏一 llj i 日 强5 6 获键诊薮繇樊性癸辑录意强 最矮将造成7 8 固化输送通道 藕l 输出主通道滤棒将被完垒排空 那么燕统下次 进行j e 常生产运行时 需煎新给机器预壤料 而机器的预填料燕 件十分麻烦的 事情 在有人工干颧的预填料工作模式下 一次霈花费避3 0 分钟的时间 这样一 来将严重影响整条生产线的生产 给烟厂造成较大的经济损失 即使在程序设计 上进行优化处理 如 7 嗣化输送通道运行时 6 辩固化输送通道的出料端落料口 的滤棒下降 致使料位检测开关 b 6 0 触发 在 t 时间内若6 简化输送通道没 有扁动运行 系统将发出停机的报警信息 类似的 若7 圳劐化输送通道停止运行 时 在 t 时问内若6 固伐输送遴道没有停止运行 系统将发出停枫报警报警依 息 这两种情况说明 检测开关 b 6 0 调挞不当 发生故障或料位检测杼被打横 滤棒卡住丽不能对滤棒料使实现裔效的裣瓣 这种程序设计酶伉他处理方式 最 然柱一定程度上可以消除7 8 固化输邀通道和输出主邋道被排空的情形 但是 在 t 时间内 仍然会给落辩 j 造成较大静空缺 这样6 释霞佳输送通道下次运行 对将造成滤捧在该落料口处出现滚动 打横等异常现象 特别是产生的打横滤棒 在避逶内运行时将有可能逡成滤褡酶挤压翻变形 不仅影旃滤棒在本系统内静输 送质量 更严重的怒当这贱滤棒被输送到下游发射机时 易造成发射机滤棒堵塞 工程硕士学位论文 故障 从而影响到整条生产线的生产 另外 由于总线从站故障具有很强的隐蔽 性 为了保证系统可靠稳定的运行 有必要对总线控制系统设计从站站点 信号 模块和信号通道三级诊断功能 2 从站诊断方案的确定 当总线控制系统出现通信故障时 p l c 主站的诊断原理可用如下图表描述 如 图5 1 7 所示 从上述图表可知 当系统发生故障或出错时 有两种诊断方式 用户程序诊断和使用s t e p 7 编程软件的在线诊断 其中 1 用户程序诊断 诊断原理 当c p u 诊断功能块 如 o b 8 2 0 8 8 6 0 8 8 7 等 检测到系统或用户程序错误时 按故障发生时间的先后将诊断信息描述在 诊断缓冲区中 然后调用系统相应的诊断功能块 0 8 8 2 诊断中断组织块 c p u3 1 5 2 d p 一一 一 一一 一 从站 模块 图5 1 7 系统诊断原理流程图 o b 8 6 机架故障诊断组织块 s f c 5 模块基址查询功能块 s f c 6 读取0 b 启动信息功能块 s f c l 2 停i e 和激活d p 予站功能块 s f c l 3 读d p 予站诊断数据功能块 s f c 4 1 高优先级中断和同步错误等待处理功能块 s f c 4 2 高优先级中断和同步错误处理开启功能块 p f o 秘璐现场惑线技拳巍滤薅德襻辕送系绫电气菠逑中熬痘耀 s f c 4 9 查谗模块攒位逻辑避址功熬块 s f c 5 1 读系统状态功能块 编写翔户诊断程序 对系统遗行从站斌点 模块和臻号通道的三级诊断 如 从站诊断功能块f b l 2 5 7 1 f b l 2 5 诊断功能块模型 e a l lf 8 1 2 5 d b l 2 5 d p 眦s t e r s y s t 蹦 1 表示配谶的d p 主站系统的个数 本系统为l e x l e r n a ld l i n t e r f a e e f a l s e c p u 主站8 龚毫戒d p 接口 m a n u a lm e 淞 o o 自动模式 此模式下不支持单个从站的 诊颤 l 手动模式 可以支持单个从站的 诊断 s i n g 峪s t e ps l a e 挺8 1 1 转到下一个出错的d p 从站 s i n g l e s e t pe r r o r m 8 2 1 转到正在盟示的d p 从站的下一个错误 r e s 腿 1 8 3 l 复位 初始化系统 s i n g l ed i a g 1 8 4 只在手动模式下 m a u n a lm o d e 1 有 效 l 读d p 从站的诊断 可谯 s i n g l ed i a ga d r 配鬣该从始的站号 s i n g l ed l a ga d r 船12 5 只程手动横式下 m a u n a lm o d 岂 1 有 效 与s i n g l ed l a g 配合使用 在其中设置举 独诊断豹从站的站号 a l l d p s l a v e s o k m l o 卢o 系统中从站存在故障 l 系统中驭 站遴行正常 s 矾s l a v e sd i a g m b l 0 2 出舔静d p 从站的数蠢 s l a v ea d r m b l 0 3 出错的d p 从站的站号 s l v es t a 稻 黼j 0 4 祆辩袄态 o 正常 l 连接觚站失黢 2 出 错 3 来组态或无法诊断 s l a v ei d e n tn 掰w 1 0 6 写s l a 碡a d r 亨关 e r r o rn o m b l 0 8 与当前s l a v ea d r 参数指示的从站相对 应豁德误编号 每个编号都有一个与之裰踺 应的故障信息 e l i r o rt p 嚣 醚8 1 0 9 错误类型 m o d u l en 0 m b o 与当前s l a v ea d r 参数指示的从站相对 疲斡模块编号 撂示奎镶静获滔瓣应懿穰 或模块 醅0 醐l e u s t 孵e 麓孚lll 与警蘸s l a v e 矗d 强参数攒示懿簸嬷相对 应的模块状态 三堡堡圭兰堡芝苎 c h a n n e ln o c h a n n e l t y p e c h a n n e l e r r o r i n f 0 一l c h a n n e l e r o r i n f o 一2 d 工a g c o u n t e r d l a g 一0 v e r f l o w m b l l 2 与当前s l a v 即 d r 参数指示的从站相对 应的故障模块的通道编号 彻1 1 3 与当前s l a ea d r 参数指示的从站相对 应的模块中出错通道的类型 m w l l 4 与当前s l a v ea d r 参数指示的从站相对应 每一个错误的通道都明确的给出了错误信息 每条信息对应着一个标号 具体标号对应的故 障信息参见相关用户手册 m d l l 6 与当前s l a v e a d r 参数指示的从姑相对应 故障通道上的位错误信息 不同的错误信息对 应不同的错误类型 m d l 2 0 在当前s l a e a d r 参数下 与参数 1 5 e r r o rt y p e 中的编号4 s 7 诊断 相对 应 提供了满足s 7 模块d s o 数据记录的特殊 错误错误信息 详见相关用户手册 粕1 2 4 显示的诊断d p 从站的总数 m 1 0 0 1 同时接受诊断的总数大于3 2 个 从站超过了 f b l 2 5 可以处理的上限 需要执行r e s e t 复 位 b u s y m 1 0 0 2 f b l 2 5 正在诊断d p 系统 从站诊断原理示意图 如图5 1 8 所示 嗍作聪 图5 1 8f 8 1 2 5 从站诊断原理示意图 从上述功能块模型可知f b l 2 5 优点 诊断功能强大 通用性好 可直接在不 p 抽h s 现场息线技术在滤棒储襻翰送系统电气泼造中的应用 同的用户程序中进行移植 f b l 2 5 缺点 调用了比较多的系统诊断功能块 需对 各诊断功能块有深入的了解 另外 编程复杂 占用较多的存储空间 对于通道 毯谈代鹈豹具髂禽义霉套灏麟瘫熬浚器手麓 可翅 狳媾点诊薮终 黠手模块秽 信号通道的诊断实际操作起来不是很方便 2 s t e p7 缡程软件诊断 蔻提条孛 编程设备必须安装c p 5 6 1 l e p 5 5 l l 或 e p 褐1 3 等编程黼书 p e 矗黻p 糟r 不憨用来侔诊繇 瓣辨7 可戳藩幼瓣捉总线上 的从站 它可以在无系统主站的情况下将从站信息上载 观察当前从站的状态 测试从站的i o 点 假如从站设备有问题 可以通过烹站确认设备的类型 基本 擦终 1 打开 h wc o n f i g 界磷 点击 o n l i n e 图标 在弹出的对话框中查嚣 出错的原因 双礅有故障的从站 在弹出的单个模块倍息中选择 d ps l a v e d i a g n o s i t e s 标签 霹戳鬟戮模块通道豹蔽瘴琢因 2 双击c 附 选择 d l a g s i t c sb u f f e r 标签 查看e p u 巾敬障诊断区信 息 通过该故障诊断缓冲区w 得到系统详细的故障诊断信息 该诊断方式逡用于设备 厂前的调试 对于烟厂用户采说不是报方便 基予 上述努拆 鸯螫蘩开发设诗一耱简擎毒效麴鼠站诊錾方法 3 用户程序设计与通过读s 7 诊断缓冲隧信息相结合纳从站诊断方法 由于本控 制系统总线网络规模较小 共1 5 个站点 总线集成设备主要是变频器和分布溅 i 内模块熬特点 设诗了翅户狴滓诊瑟裁邋 遒零p 2 7 0 簸簇羼读s 7 诊凝缓冲嚣诊凝 信息年f l 结合的从站诊断方式 诊断程序设计主要通过调粥o b 8 6 诊断中断组织 利 用敞障诊断字 敞障代码进行从站站点的敞障诊断 o b 8 6 渗断中断程序设计 n e t w o r k l l o b 8 6 一e v c l a s s l b 1 6 3 9 l 聿f c o m i n g e v o n t a n c o m i n g e v e n t r 錾7 o 麸站载瓣标志垃 n e t w r k 2 l o b 8 6 一e v c l a s s l 转 1 6 莓3 8 王 抖g o i n g e v e n t 工程硕士学位论文 a n g o i n g e v e n t sm 7 o 从站故障标志位 n e t w o r k 3 a l 0 8 8 6 一f l t i d lb 1 6 c 4 i 0 l o b 8 6f l ti d lb 1 6 c 5 i n o t b e c ll w8 lw 1 6 7 f f f a w t d i a g a d d r n e t w o r k 4 l di a g a d d r l2 0 0 0 i t d p d i a g d a t a s l a v e n u m b e rd b 2 8 d b w o 故障从站地址 当o b 8 6 诊断出故障从站后 通过调用f c l 5 功能块 相应从站标志位将为 1 最后通过触摸屏将这一从站故障信息显示给用户 f c l 5 功能块程序设计 n e t o r k l am 7 0 l d p d i a g d a t a s l a v e n u m b e rd b 2 6 d b w 0 故障从站地址 l1 i m l o 0 变频器n 1 通信故障 n e t w o r k 2 am 7 0 l d p d i 8 9 d a t a s l a v e n u m b e rd b 2 6 d b w 0 故障从站地墟 p r o f i b u s 现场总线技术在滤棒储存输送系统电气改造中的应用 lz 2 m l o 1 变频器n 2 通信故障 n e t w o r k 1 0 am 7 o l d p d i a g d a t a s l a v e n u m b e rd b 2 6 d b w o 故障从站