倍福總線端子在干冰膨脹煙絲線上的應(yīng)用
引言：一些卷煙廠原使用的干冰膨脹煙絲（DIET--DryIceExpandedTobacco）生產(chǎn)線的控制系統(tǒng)采用GEM80系列可編程控制器。由于原生產(chǎn)線電控系統(tǒng)配置陳舊、關(guān)鍵件（主要指PLC，輸入、輸出模塊等）老化，同時(shí)軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)靈活性較差，監(jiān)控界面不直觀、友好等因素，致使控制系統(tǒng)無(wú)法適應(yīng)生產(chǎn)線順暢運(yùn)行。因此控制系統(tǒng)需要更新，以提高生產(chǎn)效率及工藝參數(shù)控制精度。
一、系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)思想及設(shè)計(jì)方案
根據(jù)原生產(chǎn)線使用的具體情況，必須為新系統(tǒng)量身定做先進(jìn)可行的電控系統(tǒng)，因?yàn)橐粭l生產(chǎn)線電控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是為機(jī)械設(shè)備及工藝服務(wù)的，但是控制系統(tǒng)的可靠與否將直接影響著工藝參數(shù)的控制精度。
如何在構(gòu)建新型控制系統(tǒng)時(shí)，既能采用當(dāng)今最新的計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，而又能使原有設(shè)備充分利用、各設(shè)備接口連接通暢，是系統(tǒng)設(shè)計(jì)所考慮的要點(diǎn)之一。
另一個(gè)要點(diǎn)是控制系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)能充分考慮經(jīng)濟(jì)實(shí)用性，即指良好的性能價(jià)格比。
根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際使用情況，本著先進(jìn)性、可靠性、實(shí)用性、經(jīng)濟(jì)性的設(shè)計(jì)原則，確定新系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用西門子公司S7-400系列PLC，原控制面板上的指針式顯示儀表及撥碼開(kāi)關(guān)全部改為觸摸屏或操作員終端顯示及控制。采用先進(jìn)的現(xiàn)場(chǎng)總線和分布式控制技術(shù)，由上位機(jī)進(jìn)行統(tǒng)一實(shí)時(shí)監(jiān)控，使操作更加直觀，系統(tǒng)更加靈活。采用集中監(jiān)控方案，可最大限度的減少人為干預(yù)，提高各項(xiàng)工藝參數(shù)的控制精度，保持系統(tǒng)的穩(wěn)定性，提高自動(dòng)化程度。
考慮到干冰膨脹線控制系統(tǒng)要求較高安全性的特殊性，其對(duì)網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品的性能要求較高，例如：通訊速度、通訊可靠性以及總線器件的穩(wěn)定性等要求都較高，因此控制層與工藝段設(shè)備操作層之間的通訊采用PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)是一種經(jīng)過(guò)優(yōu)化的高速的通訊連接，它的設(shè)計(jì)專門為自動(dòng)控制系統(tǒng)與分散的I/O設(shè)備級(jí)之間通訊使用，使用PROFIBUS-DP可取代24V或4-20MA的并行信號(hào)傳輸。而現(xiàn)場(chǎng)總線產(chǎn)品的關(guān)鍵器件選用了德國(guó)Beckhoff公司產(chǎn)品。
新型控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)將原CP1，CP2，CP3控制系統(tǒng)全部淘汰，采用西門子公司S7系列PLC與分布式遠(yuǎn)程I/O控制系統(tǒng)。同時(shí)應(yīng)用工業(yè)以太網(wǎng)與監(jiān)控機(jī)通訊，另外為增加網(wǎng)絡(luò)傳輸速度與穩(wěn)定性，遠(yuǎn)距離通訊采用光纖進(jìn)行傳送。整個(gè)車間的控制和管理系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)共分為2層，即設(shè)備控制層和監(jiān)控管理層。
二、控制范圍及工藝簡(jiǎn)述
整個(gè)控制系統(tǒng)改造范圍包括：
A、進(jìn)料端CP3
進(jìn)料端設(shè)備從進(jìn)料皮帶開(kāi)始到雙速皮帶機(jī)結(jié)束，包括喂料機(jī)、計(jì)量管、皮帶、振槽、超級(jí)回潮筒、水分儀、寸動(dòng)車、貯柜（FIFO先進(jìn)先出式，兩組）、貯柜（對(duì)頂式，兩組）、皮帶秤、雙速皮帶機(jī)等設(shè)備。回潮筒要求出口水分控制精度。
B、冷端CP1
冷端設(shè)備從往復(fù)皮帶機(jī)開(kāi)始到開(kāi)松器結(jié)束，包括可逆皮帶機(jī)、伸縮槽、左右傳輸槽、工藝罐加熱器、過(guò)濾泵、空氣壓縮機(jī)（2臺(tái)）、液壓泵（2臺(tái)）、CO2補(bǔ)給泵、CO2壓縮機(jī)，CO2干燥器、主制冷機(jī)、停機(jī)制冷機(jī)、冷卻塔風(fēng)機(jī)、冷卻水泵、CO2傳輸泵、貯存皮帶機(jī)及開(kāi)松器等設(shè)備。
C、熱端CP2
熱端設(shè)備從電子皮帶秤起到回潮筒后出料振槽結(jié)束，包括焚燒爐、電子皮帶秤、廢氣風(fēng)機(jī)、主工藝風(fēng)機(jī)、進(jìn)料氣鎖、出料氣鎖、旋風(fēng)除塵氣鎖、帶罩皮帶機(jī)及回潮筒等設(shè)備。
三、Beckhoff現(xiàn)場(chǎng)總線端子簡(jiǎn)介
德國(guó)倍福（BECKHOFF）公司是德國(guó)一家專業(yè)的自動(dòng)化公司。其主要產(chǎn)品包括現(xiàn)場(chǎng)總線端子、高性能的工業(yè)計(jì)算機(jī)和控制面板及控制軟件。
BECKHOFF公司的現(xiàn)場(chǎng)總線端子可支持目前市場(chǎng)上幾乎所有的現(xiàn)場(chǎng)總線。高性能的各種總線端子可滿足不同現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)的要求，特別是其新推出的電機(jī)啟動(dòng)器端子KL8001，安裝西門子的3RT10系列接觸器構(gòu)成全新的高性能電機(jī)啟動(dòng)器，可對(duì)5.5KW以下的電機(jī)實(shí)現(xiàn)完全的控制。它不僅具有其它電機(jī)啟動(dòng)器的由總線控制電機(jī)啟動(dòng)、停止和返回電機(jī)狀態(tài)的功能，而且對(duì)電機(jī)具有很強(qiáng)的診斷、檢測(cè)和保護(hù)功能。
BECKHOFF現(xiàn)場(chǎng)總線端子的主要特點(diǎn)是性價(jià)比高、質(zhì)量可靠、結(jié)構(gòu)緊湊、堅(jiān)固耐用，而且安裝和接線非常方便。
其特點(diǎn)如下：
1、控制電機(jī)的電流到9.9安培（旋轉(zhuǎn)開(kāi)關(guān)設(shè)置）。
2、實(shí)時(shí)的每相電流、電壓測(cè)量；
3、有效功率測(cè)量；
4、接觸器開(kāi)關(guān)次數(shù)和電機(jī)運(yùn)行時(shí)間測(cè)量；
5、電機(jī)診斷可達(dá)5.5KW;
6、通過(guò)總線對(duì)電機(jī)實(shí)現(xiàn)控制；
7、非常緊湊的設(shè)計(jì)(120x45x72)。
通過(guò)總線的方式不僅實(shí)現(xiàn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)和最大限度的保護(hù)，而且對(duì)電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)一目了然。由德國(guó)倍福公司的電源端子KL8001和西門子公司的3RT10系列接觸器組成高性能的電機(jī)啟動(dòng)器，通過(guò)KS2000軟件對(duì)KL8001進(jìn)行參數(shù)設(shè)定。
另外KL8001所測(cè)的參數(shù)都有其實(shí)際意義，每個(gè)參數(shù)都反映的是電機(jī)的運(yùn)行狀況或現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的運(yùn)行情況。
例如：KL8001可做如下操作方式和自動(dòng)保護(hù)設(shè)定，
操作方式的設(shè)定：設(shè)定此電機(jī)允許的操作方式。
1、允許電機(jī)左轉(zhuǎn)；
2、允許電機(jī)右轉(zhuǎn)；
3、看門狗時(shí)間激活；
4、允許單相分析(單相電機(jī)用）。
自動(dòng)保護(hù)功能設(shè)定：KL8001在下列故障下能自動(dòng)快速切斷電機(jī)，無(wú)需控制器的干預(yù)。
1、三相負(fù)載不對(duì)稱；
2、相出錯(cuò)；3、過(guò)壓；
4、欠壓；5、過(guò)載；
6、欠載。
四、系統(tǒng)配置及功能
4.1硬件設(shè)計(jì)
采用德國(guó)倍福總線系統(tǒng)的分布式I/O機(jī)箱，作為電控柜的基層控制站，安裝于現(xiàn)場(chǎng)。I/O控制站與PLC之間通過(guò)PROFIBUS-DP現(xiàn)場(chǎng)總線相連，每個(gè)分布式I/O機(jī)箱控制電機(jī)5-7臺(tái)（包括雙向電機(jī)，變頻器等），開(kāi)入/開(kāi)出或模入/模出點(diǎn)20-24個(gè)，在機(jī)箱內(nèi)配各種電源保護(hù)開(kāi)關(guān)、空氣開(kāi)關(guān)、軟啟動(dòng)器等。
系統(tǒng)采用分布式I/O機(jī)箱結(jié)構(gòu)后，主控柜只需配電柜和PLC柜，主配電柜提供分布式機(jī)箱所需380V三相交流動(dòng)力線（每箱按40A）、220VAC電源（每箱按2A）和24VDC電源。配電柜上設(shè)主電源開(kāi)關(guān)，急停開(kāi)關(guān)及指示燈等，PLC柜配S7-400PLC機(jī)架和人機(jī)操作界面--CP65系列平板工控機(jī)操作員顯示終端。
4.2與ProfiBus-DP網(wǎng)絡(luò)通訊設(shè)計(jì)
4.2.1主站硬件連接：首先配置好S7-400CPU主站，并連接好ProfiBus-DP網(wǎng)絡(luò)（略）。
4.2.2倍福總線端子子站的軟件設(shè)置：
1)電源端子KL8001需要設(shè)置PROFIBUS-DP地址，通過(guò)耦合器（BK3120）上的2個(gè)“ADDRESS”旋鈕開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)，十進(jìn)制為1-99。
2)電源端子KL8001需要設(shè)置額定電流，通過(guò)耦合器上的2個(gè)電流旋鈕開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)，十進(jìn)制為0.0A-9.9A，額定電流也可以在軟件上設(shè)置（此時(shí)要求硬件設(shè)置為0.0A）。
3)用倍福公司的串口電纜連接好PC機(jī)與倍福耦合器（BK3120），打開(kāi)KS2000設(shè)置軟件。
4)點(diǎn)擊在線瀏覽按鈕，上載好與實(shí)際物理連接一致的配置，使用setting選項(xiàng)調(diào)整好模擬量配置，數(shù)字量一般不需要調(diào)整。
5)點(diǎn)擊KL8001\\setting選項(xiàng)，打開(kāi)KL8001組態(tài)表單，可以組態(tài)操作模式、關(guān)斷模式、寄存器數(shù)據(jù)，例如：⑴額定電流，⑵過(guò)載電壓，⑶最大負(fù)載，⑷欠載電壓，⑸最小負(fù)載，等等，注意需要首先設(shè)置“左轉(zhuǎn)允許”、“右轉(zhuǎn)允許”，才能通過(guò)控制命令進(jìn)行編程控制電機(jī)的左右轉(zhuǎn)向。
4.2.3在STEP7中做好硬件配置：
1）配置好S7-400主站和PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)。
2）添加正確的GSD文件：b312bece.gsd或者b312bece.gse。
3）硬件配置添加順序：AI、AO、KL8001、DI、DO，模擬量和電源端子按照模板型號(hào)逐個(gè)添加，數(shù)字量綜合起來(lái)按照總I/O點(diǎn)數(shù)（區(qū)分輸入、輸出模板）添加。模擬量模板輸入信號(hào)的4-20ma對(duì)應(yīng)0-32768。
在PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)上連接BECKHOFF控制端子，能夠做到網(wǎng)絡(luò)完全兼容，性能穩(wěn)定。
4.2.4軟件編程
用STEP7軟件編制專用的功能塊，通過(guò)PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)就可讀取倍福總線端子采集的相關(guān)設(shè)備基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，然后通過(guò)SCADA監(jiān)控軟件（系統(tǒng)采用WINCC6.0）即可實(shí)時(shí)檢測(cè)設(shè)備運(yùn)行參數(shù)。
4.3系統(tǒng)功能
4.3.1控制系統(tǒng)具有手動(dòng)和自動(dòng)兩種控制方式。在手動(dòng)方式下，操作員可以在現(xiàn)場(chǎng)通過(guò)操作站完成電機(jī)的啟停、電磁閥的通斷。在自動(dòng)方式下，操作員可通過(guò)監(jiān)控操作站或上位監(jiān)控管理機(jī)上的功能鍵按工藝要求自動(dòng)啟動(dòng)各段的設(shè)備。一般，系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)為自動(dòng)控制狀態(tài)。為便于設(shè)備的調(diào)試和生產(chǎn)維護(hù)，每組PLC劃分為具有獨(dú)立手/自動(dòng)啟停功能的控制段，每段可分別操作運(yùn)轉(zhuǎn)，工藝段的手/自動(dòng)功能的切換在相應(yīng)控制段的監(jiān)控操作站實(shí)現(xiàn)。
4.3.2電機(jī)保護(hù)功能。對(duì)每臺(tái)電機(jī)都提供過(guò)流、過(guò)熱、缺相和短路保護(hù)功能。
4.3.3緊急斷電功能。電控系統(tǒng)提供緊急斷電功能，在主要設(shè)備附近設(shè)置緊急按鈕，以備在意外情況下能迅速切斷整個(gè)控制電源。
4.3.4故障報(bào)警功能。電控系統(tǒng)具有對(duì)故障檢測(cè)和故障狀態(tài)的聲光報(bào)警及消除聲光報(bào)警功能。
4.3.5PID控制功能。采用PID軟件模塊自動(dòng)控制。PID參數(shù)在段監(jiān)控操作站上設(shè)置，有手動(dòng)和自動(dòng)兩種控制模式。在手動(dòng)控制模式時(shí)，輸出由手動(dòng)調(diào)節(jié)，在自動(dòng)控制模式時(shí)，輸出由PID軟件自動(dòng)調(diào)節(jié)。
4.3.6變頻控制功能。整個(gè)工藝設(shè)備段需要調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速的電機(jī)均采用變頻器進(jìn)行控制。對(duì)變頻調(diào)速電機(jī)啟停控制通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線實(shí)現(xiàn)，頻率在段操作監(jiān)控站上設(shè)置。采用變頻器控制后，電機(jī)的轉(zhuǎn)速連續(xù)可調(diào)，并且調(diào)節(jié)方便；另外電機(jī)緩慢啟動(dòng)，降低了啟動(dòng)電流。減少了啟動(dòng)沖擊，延長(zhǎng)了電機(jī)和設(shè)備的使用壽命。
五、結(jié)束語(yǔ)
此項(xiàng)目已正式投入生產(chǎn)運(yùn)行，通過(guò)實(shí)施此項(xiàng)目，可以發(fā)現(xiàn)倍福產(chǎn)品有許多獨(dú)特的地方，比如倍福總線端子系統(tǒng)支持幾乎所有的現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)，占用空間較小，其輸入/輸出模塊有1,2,4,8各種通道組合，用戶可根據(jù)項(xiàng)目預(yù)算情況在標(biāo)準(zhǔn)型、緊湊型、經(jīng)濟(jì)型、經(jīng)濟(jì)增強(qiáng)型、帶CPU和不帶CPU等各種類型中選擇最適合的總線接口，使項(xiàng)目設(shè)計(jì)達(dá)到最佳的性價(jià)比。同時(shí)由于通過(guò)總線端子可以提取大量的基礎(chǔ)參數(shù)，對(duì)于控制系統(tǒng)提前預(yù)測(cè)設(shè)備故障及故障診斷有很大幫助，提高了設(shè)備運(yùn)行效率。
一、系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)思想及設(shè)計(jì)方案
根據(jù)原生產(chǎn)線使用的具體情況，必須為新系統(tǒng)量身定做先進(jìn)可行的電控系統(tǒng)，因?yàn)橐粭l生產(chǎn)線電控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是為機(jī)械設(shè)備及工藝服務(wù)的，但是控制系統(tǒng)的可靠與否將直接影響著工藝參數(shù)的控制精度。
如何在構(gòu)建新型控制系統(tǒng)時(shí)，既能采用當(dāng)今最新的計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，而又能使原有設(shè)備充分利用、各設(shè)備接口連接通暢，是系統(tǒng)設(shè)計(jì)所考慮的要點(diǎn)之一。
另一個(gè)要點(diǎn)是控制系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)能充分考慮經(jīng)濟(jì)實(shí)用性，即指良好的性能價(jià)格比。
根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際使用情況，本著先進(jìn)性、可靠性、實(shí)用性、經(jīng)濟(jì)性的設(shè)計(jì)原則，確定新系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用西門子公司S7-400系列PLC，原控制面板上的指針式顯示儀表及撥碼開(kāi)關(guān)全部改為觸摸屏或操作員終端顯示及控制。采用先進(jìn)的現(xiàn)場(chǎng)總線和分布式控制技術(shù)，由上位機(jī)進(jìn)行統(tǒng)一實(shí)時(shí)監(jiān)控，使操作更加直觀，系統(tǒng)更加靈活。采用集中監(jiān)控方案，可最大限度的減少人為干預(yù)，提高各項(xiàng)工藝參數(shù)的控制精度，保持系統(tǒng)的穩(wěn)定性，提高自動(dòng)化程度。
考慮到干冰膨脹線控制系統(tǒng)要求較高安全性的特殊性，其對(duì)網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品的性能要求較高，例如：通訊速度、通訊可靠性以及總線器件的穩(wěn)定性等要求都較高，因此控制層與工藝段設(shè)備操作層之間的通訊采用PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)是一種經(jīng)過(guò)優(yōu)化的高速的通訊連接，它的設(shè)計(jì)專門為自動(dòng)控制系統(tǒng)與分散的I/O設(shè)備級(jí)之間通訊使用，使用PROFIBUS-DP可取代24V或4-20MA的并行信號(hào)傳輸。而現(xiàn)場(chǎng)總線產(chǎn)品的關(guān)鍵器件選用了德國(guó)Beckhoff公司產(chǎn)品。
新型控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)將原CP1，CP2，CP3控制系統(tǒng)全部淘汰，采用西門子公司S7系列PLC與分布式遠(yuǎn)程I/O控制系統(tǒng)。同時(shí)應(yīng)用工業(yè)以太網(wǎng)與監(jiān)控機(jī)通訊，另外為增加網(wǎng)絡(luò)傳輸速度與穩(wěn)定性，遠(yuǎn)距離通訊采用光纖進(jìn)行傳送。整個(gè)車間的控制和管理系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)共分為2層，即設(shè)備控制層和監(jiān)控管理層。
二、控制范圍及工藝簡(jiǎn)述
整個(gè)控制系統(tǒng)改造范圍包括：
A、進(jìn)料端CP3
進(jìn)料端設(shè)備從進(jìn)料皮帶開(kāi)始到雙速皮帶機(jī)結(jié)束，包括喂料機(jī)、計(jì)量管、皮帶、振槽、超級(jí)回潮筒、水分儀、寸動(dòng)車、貯柜（FIFO先進(jìn)先出式，兩組）、貯柜（對(duì)頂式，兩組）、皮帶秤、雙速皮帶機(jī)等設(shè)備。回潮筒要求出口水分控制精度。
B、冷端CP1
冷端設(shè)備從往復(fù)皮帶機(jī)開(kāi)始到開(kāi)松器結(jié)束，包括可逆皮帶機(jī)、伸縮槽、左右傳輸槽、工藝罐加熱器、過(guò)濾泵、空氣壓縮機(jī)（2臺(tái)）、液壓泵（2臺(tái)）、CO2補(bǔ)給泵、CO2壓縮機(jī)，CO2干燥器、主制冷機(jī)、停機(jī)制冷機(jī)、冷卻塔風(fēng)機(jī)、冷卻水泵、CO2傳輸泵、貯存皮帶機(jī)及開(kāi)松器等設(shè)備。
C、熱端CP2
熱端設(shè)備從電子皮帶秤起到回潮筒后出料振槽結(jié)束，包括焚燒爐、電子皮帶秤、廢氣風(fēng)機(jī)、主工藝風(fēng)機(jī)、進(jìn)料氣鎖、出料氣鎖、旋風(fēng)除塵氣鎖、帶罩皮帶機(jī)及回潮筒等設(shè)備。
三、Beckhoff現(xiàn)場(chǎng)總線端子簡(jiǎn)介
德國(guó)倍福（BECKHOFF）公司是德國(guó)一家專業(yè)的自動(dòng)化公司。其主要產(chǎn)品包括現(xiàn)場(chǎng)總線端子、高性能的工業(yè)計(jì)算機(jī)和控制面板及控制軟件。
BECKHOFF公司的現(xiàn)場(chǎng)總線端子可支持目前市場(chǎng)上幾乎所有的現(xiàn)場(chǎng)總線。高性能的各種總線端子可滿足不同現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)的要求，特別是其新推出的電機(jī)啟動(dòng)器端子KL8001，安裝西門子的3RT10系列接觸器構(gòu)成全新的高性能電機(jī)啟動(dòng)器，可對(duì)5.5KW以下的電機(jī)實(shí)現(xiàn)完全的控制。它不僅具有其它電機(jī)啟動(dòng)器的由總線控制電機(jī)啟動(dòng)、停止和返回電機(jī)狀態(tài)的功能，而且對(duì)電機(jī)具有很強(qiáng)的診斷、檢測(cè)和保護(hù)功能。
BECKHOFF現(xiàn)場(chǎng)總線端子的主要特點(diǎn)是性價(jià)比高、質(zhì)量可靠、結(jié)構(gòu)緊湊、堅(jiān)固耐用，而且安裝和接線非常方便。
其特點(diǎn)如下：
1、控制電機(jī)的電流到9.9安培（旋轉(zhuǎn)開(kāi)關(guān)設(shè)置）。
2、實(shí)時(shí)的每相電流、電壓測(cè)量；
3、有效功率測(cè)量；
4、接觸器開(kāi)關(guān)次數(shù)和電機(jī)運(yùn)行時(shí)間測(cè)量；
5、電機(jī)診斷可達(dá)5.5KW;
6、通過(guò)總線對(duì)電機(jī)實(shí)現(xiàn)控制；
7、非常緊湊的設(shè)計(jì)(120x45x72)。
通過(guò)總線的方式不僅實(shí)現(xiàn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)和最大限度的保護(hù)，而且對(duì)電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)一目了然。由德國(guó)倍福公司的電源端子KL8001和西門子公司的3RT10系列接觸器組成高性能的電機(jī)啟動(dòng)器，通過(guò)KS2000軟件對(duì)KL8001進(jìn)行參數(shù)設(shè)定。
另外KL8001所測(cè)的參數(shù)都有其實(shí)際意義，每個(gè)參數(shù)都反映的是電機(jī)的運(yùn)行狀況或現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的運(yùn)行情況。
例如：KL8001可做如下操作方式和自動(dòng)保護(hù)設(shè)定，
操作方式的設(shè)定：設(shè)定此電機(jī)允許的操作方式。
1、允許電機(jī)左轉(zhuǎn)；
2、允許電機(jī)右轉(zhuǎn)；
3、看門狗時(shí)間激活；
4、允許單相分析(單相電機(jī)用）。
自動(dòng)保護(hù)功能設(shè)定：KL8001在下列故障下能自動(dòng)快速切斷電機(jī)，無(wú)需控制器的干預(yù)。
1、三相負(fù)載不對(duì)稱；
2、相出錯(cuò)；3、過(guò)壓；
4、欠壓；5、過(guò)載；
6、欠載。
四、系統(tǒng)配置及功能
4.1硬件設(shè)計(jì)
采用德國(guó)倍福總線系統(tǒng)的分布式I/O機(jī)箱，作為電控柜的基層控制站，安裝于現(xiàn)場(chǎng)。I/O控制站與PLC之間通過(guò)PROFIBUS-DP現(xiàn)場(chǎng)總線相連，每個(gè)分布式I/O機(jī)箱控制電機(jī)5-7臺(tái)（包括雙向電機(jī)，變頻器等），開(kāi)入/開(kāi)出或模入/模出點(diǎn)20-24個(gè)，在機(jī)箱內(nèi)配各種電源保護(hù)開(kāi)關(guān)、空氣開(kāi)關(guān)、軟啟動(dòng)器等。
系統(tǒng)采用分布式I/O機(jī)箱結(jié)構(gòu)后，主控柜只需配電柜和PLC柜，主配電柜提供分布式機(jī)箱所需380V三相交流動(dòng)力線（每箱按40A）、220VAC電源（每箱按2A）和24VDC電源。配電柜上設(shè)主電源開(kāi)關(guān)，急停開(kāi)關(guān)及指示燈等，PLC柜配S7-400PLC機(jī)架和人機(jī)操作界面--CP65系列平板工控機(jī)操作員顯示終端。
4.2與ProfiBus-DP網(wǎng)絡(luò)通訊設(shè)計(jì)
4.2.1主站硬件連接：首先配置好S7-400CPU主站，并連接好ProfiBus-DP網(wǎng)絡(luò)（略）。
4.2.2倍福總線端子子站的軟件設(shè)置：
1)電源端子KL8001需要設(shè)置PROFIBUS-DP地址，通過(guò)耦合器（BK3120）上的2個(gè)“ADDRESS”旋鈕開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)，十進(jìn)制為1-99。
2)電源端子KL8001需要設(shè)置額定電流，通過(guò)耦合器上的2個(gè)電流旋鈕開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)，十進(jìn)制為0.0A-9.9A，額定電流也可以在軟件上設(shè)置（此時(shí)要求硬件設(shè)置為0.0A）。
3)用倍福公司的串口電纜連接好PC機(jī)與倍福耦合器（BK3120），打開(kāi)KS2000設(shè)置軟件。
4)點(diǎn)擊在線瀏覽按鈕，上載好與實(shí)際物理連接一致的配置，使用setting選項(xiàng)調(diào)整好模擬量配置，數(shù)字量一般不需要調(diào)整。
5)點(diǎn)擊KL8001\\setting選項(xiàng)，打開(kāi)KL8001組態(tài)表單，可以組態(tài)操作模式、關(guān)斷模式、寄存器數(shù)據(jù)，例如：⑴額定電流，⑵過(guò)載電壓，⑶最大負(fù)載，⑷欠載電壓，⑸最小負(fù)載，等等，注意需要首先設(shè)置“左轉(zhuǎn)允許”、“右轉(zhuǎn)允許”，才能通過(guò)控制命令進(jìn)行編程控制電機(jī)的左右轉(zhuǎn)向。
4.2.3在STEP7中做好硬件配置：
1）配置好S7-400主站和PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)。
2）添加正確的GSD文件：b312bece.gsd或者b312bece.gse。
3）硬件配置添加順序：AI、AO、KL8001、DI、DO，模擬量和電源端子按照模板型號(hào)逐個(gè)添加，數(shù)字量綜合起來(lái)按照總I/O點(diǎn)數(shù)（區(qū)分輸入、輸出模板）添加。模擬量模板輸入信號(hào)的4-20ma對(duì)應(yīng)0-32768。
在PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)上連接BECKHOFF控制端子，能夠做到網(wǎng)絡(luò)完全兼容，性能穩(wěn)定。
4.2.4軟件編程
用STEP7軟件編制專用的功能塊，通過(guò)PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)就可讀取倍福總線端子采集的相關(guān)設(shè)備基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，然后通過(guò)SCADA監(jiān)控軟件（系統(tǒng)采用WINCC6.0）即可實(shí)時(shí)檢測(cè)設(shè)備運(yùn)行參數(shù)。
4.3系統(tǒng)功能
4.3.1控制系統(tǒng)具有手動(dòng)和自動(dòng)兩種控制方式。在手動(dòng)方式下，操作員可以在現(xiàn)場(chǎng)通過(guò)操作站完成電機(jī)的啟停、電磁閥的通斷。在自動(dòng)方式下，操作員可通過(guò)監(jiān)控操作站或上位監(jiān)控管理機(jī)上的功能鍵按工藝要求自動(dòng)啟動(dòng)各段的設(shè)備。一般，系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)為自動(dòng)控制狀態(tài)。為便于設(shè)備的調(diào)試和生產(chǎn)維護(hù)，每組PLC劃分為具有獨(dú)立手/自動(dòng)啟停功能的控制段，每段可分別操作運(yùn)轉(zhuǎn)，工藝段的手/自動(dòng)功能的切換在相應(yīng)控制段的監(jiān)控操作站實(shí)現(xiàn)。
4.3.2電機(jī)保護(hù)功能。對(duì)每臺(tái)電機(jī)都提供過(guò)流、過(guò)熱、缺相和短路保護(hù)功能。
4.3.3緊急斷電功能。電控系統(tǒng)提供緊急斷電功能，在主要設(shè)備附近設(shè)置緊急按鈕，以備在意外情況下能迅速切斷整個(gè)控制電源。
4.3.4故障報(bào)警功能。電控系統(tǒng)具有對(duì)故障檢測(cè)和故障狀態(tài)的聲光報(bào)警及消除聲光報(bào)警功能。
4.3.5PID控制功能。采用PID軟件模塊自動(dòng)控制。PID參數(shù)在段監(jiān)控操作站上設(shè)置，有手動(dòng)和自動(dòng)兩種控制模式。在手動(dòng)控制模式時(shí)，輸出由手動(dòng)調(diào)節(jié)，在自動(dòng)控制模式時(shí)，輸出由PID軟件自動(dòng)調(diào)節(jié)。
4.3.6變頻控制功能。整個(gè)工藝設(shè)備段需要調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速的電機(jī)均采用變頻器進(jìn)行控制。對(duì)變頻調(diào)速電機(jī)啟停控制通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線實(shí)現(xiàn)，頻率在段操作監(jiān)控站上設(shè)置。采用變頻器控制后，電機(jī)的轉(zhuǎn)速連續(xù)可調(diào)，并且調(diào)節(jié)方便；另外電機(jī)緩慢啟動(dòng)，降低了啟動(dòng)電流。減少了啟動(dòng)沖擊，延長(zhǎng)了電機(jī)和設(shè)備的使用壽命。
五、結(jié)束語(yǔ)
此項(xiàng)目已正式投入生產(chǎn)運(yùn)行，通過(guò)實(shí)施此項(xiàng)目，可以發(fā)現(xiàn)倍福產(chǎn)品有許多獨(dú)特的地方，比如倍福總線端子系統(tǒng)支持幾乎所有的現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)，占用空間較小，其輸入/輸出模塊有1,2,4,8各種通道組合，用戶可根據(jù)項(xiàng)目預(yù)算情況在標(biāo)準(zhǔn)型、緊湊型、經(jīng)濟(jì)型、經(jīng)濟(jì)增強(qiáng)型、帶CPU和不帶CPU等各種類型中選擇最適合的總線接口，使項(xiàng)目設(shè)計(jì)達(dá)到最佳的性價(jià)比。同時(shí)由于通過(guò)總線端子可以提取大量的基礎(chǔ)參數(shù)，對(duì)于控制系統(tǒng)提前預(yù)測(cè)設(shè)備故障及故障診斷有很大幫助，提高了設(shè)備運(yùn)行效率。
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