（汕頭市華鷹軟包裝設(shè)備總廠有限公司 邱曉淮）
（深圳匯川技術(shù)有限公司 張志軍）
摘要：本文主要闡述采用SIEMENS S7300，S7200組成MPI網(wǎng)絡(luò)，以及S7300 DP主站和匯川變頻器DP從站系統(tǒng)組成PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的多功能高速?gòu)?fù)合機(jī)系統(tǒng)。由于該系統(tǒng)采用了匯川MD320通用/ MD330張力控制專(zhuān)用變頻器來(lái)完成系統(tǒng)的恒張力控制。網(wǎng)絡(luò)主要完成數(shù)據(jù)交換和傳遞。因此整個(gè)控制系統(tǒng)構(gòu)成簡(jiǎn)潔，調(diào)試，維護(hù)方便，性能穩(wěn)定，具有良好的數(shù)據(jù)接口，給制造廠和帶來(lái)了極大的便利性和高性?xún)r(jià)比。
一：概述:復(fù)合機(jī)是指通過(guò)某種工藝方法，將兩種或者兩種以上的材料，層合在一起，形成新的一體材料的設(shè)備。經(jīng)過(guò)復(fù)合之后的材料，一方面可以保持原有材料的優(yōu)點(diǎn)，另一方面可以彌補(bǔ)各自的缺點(diǎn)。
常見(jiàn)的復(fù)合方法有干式復(fù)合，濕式復(fù)合，熱熔復(fù)合，擠出復(fù)合，和無(wú)溶劑復(fù)合法。干式復(fù)合式復(fù)合工藝的常見(jiàn)方法之一，它是在復(fù)合基材上均勻涂布一層溶劑型粘和劑，通過(guò)烘箱除去粘和劑后干燥，在熱壓狀態(tài)下與其它復(fù)合基材復(fù)合后形成復(fù)合材料。常用材料是塑料薄膜，紙張以及鋁箔等。
而無(wú)溶劑復(fù)合則指粘和劑中無(wú)溶劑，是一種環(huán)保型的材料，因此，無(wú)需對(duì)溶劑所謂的干燥，即可直接進(jìn)行粘和。
很多的設(shè)備僅適用其中的一種工藝，多功能復(fù)合機(jī)則可以提供以上的兩種工藝過(guò)程，因此，適用范圍和材料的能力更強(qiáng)，但系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)也會(huì)變得復(fù)雜，造價(jià)也會(huì)顯得更高。同時(shí)由于功能的復(fù)雜性和控制單元的增多，對(duì)系統(tǒng)復(fù)合速度，復(fù)合效果要求更高，因此，對(duì)于選擇一種合理的控制方式，綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)性方面提出了更高的要求。
二：一種典型的多功能復(fù)合機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)分析
（一）：傳動(dòng)系統(tǒng)簡(jiǎn)圖
比較典型的多功能高速?gòu)?fù)合機(jī)系統(tǒng)的傳動(dòng)系統(tǒng)和工藝過(guò)程如示意圖如附圖1所示。
該系統(tǒng)一般由兩套相對(duì)獨(dú)立的復(fù)合裝置組成，這兩套裝置完成干式有溶劑復(fù)合和無(wú)溶劑復(fù)合從圖中可以看出，基本上電機(jī)的配置達(dá)13臺(tái)或14臺(tái)更多。
附圖一：多功能復(fù)合機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)示意圖
（二）：系統(tǒng)功能的分析：
A：模擬信號(hào)輸入通道數(shù)
從上圖中可以看出，系統(tǒng)中至少需要考慮7段張力，這幾段張力控制可以根據(jù)機(jī)械的空間結(jié)構(gòu)，來(lái)確定是安裝張力傳感器還是安裝浮動(dòng)輥，對(duì)于匯川變頻傳動(dòng)裝置而言，無(wú)論是浮動(dòng)輥模式還是張力傳感器模式，其信號(hào)的性質(zhì)都是一樣，采集標(biāo)準(zhǔn)的0-10V信號(hào)或4-20MA 的電流信號(hào)。
則本系統(tǒng)總共需要7通道模擬輸入來(lái)接受張力反饋信號(hào)。
B：模擬輸出信號(hào)通道數(shù)
根據(jù)系統(tǒng)中電機(jī)的分布，每臺(tái)電機(jī)需要一個(gè)張力給定或速度給定信號(hào)，因此，需要占用的AO通道數(shù)為14路，對(duì)于收卷裝置而言，錐度控制信號(hào)需要至少占用的AO通道為1路?？紤]上膠電機(jī)和風(fēng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)，則需要再增加至少2路的AO通道；
綜合以上的要求，則需要17個(gè)模擬信號(hào)通道（其中一路備用）。
C：普通邏輯I/O：
系統(tǒng)中共有收卷/放卷架共4個(gè)，每個(gè)放卷架自動(dòng)測(cè)量新料卷的直徑，然后將這個(gè)直徑以通訊方式給到待換卷的變頻器，供卷曲張力變頻器使用，同時(shí)，每個(gè)放卷架完成本地的自動(dòng)換卷邏輯。這樣，總計(jì)的DI/DO點(diǎn)數(shù)大約120個(gè)?？紤]收卷/放卷功能相對(duì)獨(dú)立，因此，將收放卷獨(dú)立作成一個(gè)MPI子站，而基本框架程序可以通用，這樣，顯著提高了編程工作效率，適合現(xiàn)代模塊化，通用化編程思想。
D：匯川變頻器張力控制思路：
MD320內(nèi)置性能優(yōu)良的PID控制器，加入前饋控制可使擾動(dòng)最小，PID幅度可以自由調(diào)節(jié)，具有多種速度給定方式，模擬輸入通道可以0-10V任意標(biāo)定； 同時(shí)多種速度給定通道可以自由切換（壓輥壓下和離開(kāi)需要投入/切除PID控制）。因此，全部夾輥采用MD320+PG卡實(shí)現(xiàn)閉環(huán)矢量的張力控制；
MD330是中心卷曲專(zhuān)用變頻器，支持速度模式/轉(zhuǎn)矩模式的中心卷曲，內(nèi)置性能優(yōu)良的卷徑計(jì)算模塊，多種卷徑計(jì)算方法，內(nèi)置多曲線(xiàn)錐度控制器，可以適應(yīng)各種材料的卷曲錐度，尤其值得一提的是預(yù)驅(qū)動(dòng)功能，我們只要在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候發(fā)出驅(qū)驅(qū)動(dòng)命令，待換卷的變頻器即自動(dòng)適應(yīng)當(dāng)前線(xiàn)速度運(yùn)轉(zhuǎn)。
三：控制系統(tǒng)的方案：
（一）：方案綱要：（方案框圖見(jiàn)附圖二）
綜上所述，我們可以求得性?xún)r(jià)比最好的控制系統(tǒng)方案。即：
1：系統(tǒng)劃分為兩層網(wǎng)絡(luò)-------MPI網(wǎng)絡(luò)和PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)；
2：MPI網(wǎng)絡(luò)中，將SIEMENS TP270，TP170B，CPU314-2DP，三個(gè)S7200子站連接在一起，MPI的網(wǎng)絡(luò)速度最高187.5K BAUD，完全可以滿(mǎn)足數(shù)據(jù)交換的要求；
MPI網(wǎng)絡(luò)主要完成各子站間的控制命令和自動(dòng)直徑數(shù)據(jù)的交換；每站交換最多12 個(gè)字節(jié)；
3：PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)用于連接除烘箱，風(fēng)機(jī)以外的所有變頻器，張力傳感信號(hào)全部進(jìn)入?yún)R川MD320/MD330變頻器，去除所有PLC的AI/AO。至于張力控制的相關(guān)參數(shù)，變頻器控制命令（如啟動(dòng)/停止/預(yù)驅(qū)動(dòng)/當(dāng)前卷徑）等，全部由DP總線(xiàn)通訊完成。
（二）方案實(shí)施：
1：建立MPI網(wǎng)絡(luò)，先單獨(dú)賦予CPU314C-2DP，TP270-10，TP170B，及其它三個(gè)PLC以不同的站地址。地址依次為2，3，4，5，6，7。并允許TP270-10，TP170B從MPI口下載；這樣的主要目的是為了提高工作效率，采用一條PC ADAPTER，即實(shí)現(xiàn)一個(gè)地方全部下載和調(diào)試，無(wú)須撥插調(diào)試電纜到HMI和各PLC站；
2：建立PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)；配置各變頻器站地址和通訊速度，以及PPO類(lèi)型。
匯川變頻器的MD32PFS卡內(nèi)置于變頻器，支持PPO1，PPO2，PPO3，PPO5這5種報(bào)文類(lèi)型。
特別值得一提的是：MD32PFS的PPO5，是一個(gè)客戶(hù)自定義的報(bào)文類(lèi)型，其結(jié)構(gòu)如下：
其中的PZD3-PZD12是一個(gè)自由地址映射區(qū)，可以訪(fǎng)問(wèn)到變頻器的任何一個(gè)參數(shù)，這無(wú)疑加快了訪(fǎng)問(wèn)速度，同時(shí)，增加了用戶(hù)的自由度。因此，我們決定采用PPO5。
3：調(diào)試各個(gè)變頻器張力控制系統(tǒng)：
對(duì)于匯川MD320/MD330而言，這是一件很輕松的事情，配置AI屬性，PID屬性，卷曲模塊的輸入輸出，卷徑計(jì)算模塊，預(yù)驅(qū)動(dòng)換卷模塊。
MD330是可以實(shí)現(xiàn)零速度張力保持的，這是相當(dāng)不錯(cuò)的一個(gè)功能，這樣可以盡可能減小啟動(dòng)/停止時(shí)的張力沖擊。
4：建立各個(gè)子站的控制邏輯，這個(gè)過(guò)程比較簡(jiǎn)單，主要完成一些諸如自動(dòng)卷徑測(cè)量，預(yù)驅(qū)動(dòng)邏輯等，關(guān)鍵部分在于子站和S7300站之間的數(shù)據(jù)傳遞，即可以采用TP270的VB腳本來(lái)完成，也可以在S7300側(cè)采用X-PUT，X-GET函數(shù)完成。
5：報(bào)警和診斷模塊；
這個(gè)模塊也是非常重要的，DP從站掉站，DP故障，I/O訪(fǎng)問(wèn)錯(cuò)誤等，可以為用戶(hù)提供維修定位指南。依賴(lài)S7300的功能功能（使用OB85/0B86/OB122），可以方便的診斷到具體是哪個(gè)DP 子站退出循環(huán)，已經(jīng)發(fā)生了何種類(lèi)型的故障代碼。
附圖二：雙總線(xiàn)的控制系統(tǒng)方框圖
附圖三：MD32PFS的PPO5（自由參數(shù)映射區(qū)）
因?yàn)椴捎脜R川變頻器MD330，可以直接接受張力反饋信號(hào)，并自動(dòng)處理，則所有的模擬信號(hào)可以全部取消，本身DP的速度最高達(dá)到12M的波特率（要求電磁干擾防護(hù)做的非常好），DP本身的速度只要達(dá)到1.5M就已經(jīng)具備了比模擬信號(hào)更快的速度。而且，模擬信號(hào)直接在變頻器內(nèi)部進(jìn)行轉(zhuǎn)換和運(yùn)算，內(nèi)部本身采用TI公司的32位DSP，具有比PLC更快的處理和運(yùn)算速度。如果模擬信號(hào)經(jīng)過(guò)PLC進(jìn)行變換，處理（PID運(yùn)算尤其占用PLC的CPU更多的掃描時(shí)間），再輸出給變頻器。如采用常規(guī)數(shù)據(jù)處理模式，一則對(duì)CPU的運(yùn)算速度提出更高的要求，而需要使用更快，更昂貴的CPU和大量的AI/AO模塊，二則處理過(guò)程已經(jīng)明顯比變頻器處理速度慢。
三: 雙總線(xiàn)的方案優(yōu)勢(shì)
PROFIBUS是一種開(kāi)放的總線(xiàn)，由SIEMENS倡導(dǎo)，13家企業(yè)和5家研究機(jī)構(gòu)支持，80年代末已經(jīng)發(fā)展成為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，并在92年被中國(guó)采納為行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。2006年11月正式被采納為中國(guó)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。
本系統(tǒng)中，我們可以明顯地看到以下優(yōu)勢(shì)：
1：開(kāi)放性：任何支持DP標(biāo)準(zhǔn)的第三方設(shè)備，均可被掛到總線(xiàn)上，這樣，使工廠的自動(dòng)化孤島，有可能通過(guò)這個(gè)總線(xiàn)被全部連接到一起（參見(jiàn)附圖四）。
2：實(shí)時(shí)性：PROFIBUS-DP由于采用高速芯片封裝協(xié)議，具有最高12M BPS的通訊速度，與普通的通訊最高38.4K相比，具有無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)；
3：極高的可靠性：PROFIBUS DP采用的令牌傳遞方式，即使有網(wǎng)絡(luò)站點(diǎn)出現(xiàn)故障，故障機(jī)站退出令牌循環(huán)，網(wǎng)絡(luò)仍然可以可靠運(yùn)行，并報(bào)告錯(cuò)誤。普通的通訊需要自己診斷通訊錯(cuò)誤。
4：省配線(xiàn)：簡(jiǎn)化維護(hù)工作：DP總線(xiàn)采用2芯5類(lèi)電纜，所有的站點(diǎn)只需依賴(lài)這兩條線(xiàn)，即可得到完全的控制，使得很多的I/O信號(hào)不需要再連接到現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，使控制柜變得簡(jiǎn)潔，并額外省去復(fù)雜的接線(xiàn)
5：可以去除所有的AI/AO模塊，去掉這一大塊成本；
而MPI總線(xiàn)，我們可以省去昂貴的ET200M子站系統(tǒng)。同樣達(dá)到數(shù)據(jù)交換的目的。
附圖四:采用總線(xiàn)系統(tǒng)的高速涂布機(jī)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D（SIEMENS主站系統(tǒng)）
五：結(jié)束語(yǔ)：
該系統(tǒng)采用了MD320/MD330的張力控制系統(tǒng)（電流閉環(huán)矢量），在性能上完全可以和國(guó)外知名品牌相媲美，各張力段的控制非常穩(wěn)定，換卷過(guò)程非常平穩(wěn)，采用MPI和DP總線(xiàn)系統(tǒng)，在這種設(shè)備上是一種全新的嘗試，工藝上由于采用了國(guó)際領(lǐng)先的無(wú)溶涂布技術(shù)，整機(jī)的檔次，效果是非常理想的。該機(jī)器出口至東南亞某發(fā)達(dá)國(guó)家，完全符合當(dāng)?shù)丨h(huán)保，控制網(wǎng)絡(luò)化的要求。
參考文獻(xiàn)：
1：《MD320 用戶(hù)手冊(cè)V2.1》 深圳匯川技術(shù)有限公司
2：《MD330張力專(zhuān)用控制變頻器手冊(cè) 》
