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)計的多功能高速復(fù)合機系統(tǒng),。由于該系統(tǒng)采用了匯川MD320通用/ MD330張力控制" title="張力控制">張力控制專用變頻器來完成系統(tǒng)的恒張力控制。網(wǎng)絡(luò)主要完成數(shù)據(jù)交換和傳遞,。因此整個控制系統(tǒng)" title="控制系統(tǒng)">控制系統(tǒng)構(gòu)成簡潔,，調(diào)試，維護方便,，性能穩(wěn)定,，具有良好的數(shù)據(jù)接口，給制造廠和帶來了極大的便利性和高性價比,。
關(guān)鍵詞：SIEMENS S7300/200,，PROFIBUS-DP" title="PROFIBUS-DP">PROFIBUS-DP，多功能復(fù)合機,，匯川MD320/330變頻器,，恒張力控制。
一：概述:
復(fù)合機是指通過某種工藝方法,，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)過復(fù)合之后的材料,，一方面可以保持原有材料的優(yōu)點，另一方面可以彌補各自的缺點,。
常見的復(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,，和無溶劑復(fù)合法。干式復(fù)合式復(fù)合工藝的常見方法之一,，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。
而無溶劑復(fù)合則指粘和劑中無溶劑,，是一種環(huán)保型的材料,，因此，無需對溶劑所謂的干燥,，即可直接進行粘和,。
很多的設(shè)備僅適用其中的一種工藝,，多功能復(fù)合機則可以提供以上的兩種工藝過程，因此,，適用范圍和材料的能力更強,，但系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)也會變得復(fù)雜，造價也會顯得更高,。同時由于功能的復(fù)雜性和控制單元的增多,，對系統(tǒng)復(fù)合速度，復(fù)合效果要求更高,，因此,，對于選擇一種合理的控制方式，綜合技術(shù)經(jīng)濟性方面提出了更高的要求,。
二：一種典型的多功能復(fù)合機傳動系統(tǒng)分析
（一）：傳動系統(tǒng)簡圖
比較典型的多功能高速復(fù)合機系統(tǒng)的傳動系統(tǒng)和工藝過程如示意圖如附圖1所示,。
該系統(tǒng)一般由兩套相對獨立的復(fù)合裝置組成，這兩套裝置完成干式有溶劑復(fù)合和無溶劑復(fù)合
從圖中可以看出,，基本上電機的配置達13臺或14臺更多,。
附圖一：多功能復(fù)合機傳動系統(tǒng)示意圖
（二）：系統(tǒng)功能的分析：
A：模擬信號" title="模擬信號">模擬信號輸入通道數(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)機械的空間結(jié)構(gòu),，來確定是安裝張力傳感器還是安裝浮動輥，對于匯川變頻傳動裝置而言,，無論是浮動輥模式還是張力傳感器模式,，其信號的性質(zhì)都是一樣，采集標(biāo)準(zhǔn)的0-10V信號或4-20MA 的電流信號,。
則本系統(tǒng)總共需要7通道模擬輸入來接受張力反饋信號,。
B：模擬輸出信號通道數(shù)
根據(jù)系統(tǒng)中電機的分布,，每臺電機需要一個張力給定或速度給定信號,，因此，需要占用的AO通道數(shù)為14路,，對于收卷裝置而言,，錐度控制信號需要至少占用的AO通道為1路?？紤]上膠電機和風(fēng)機的驅(qū)動,，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個模擬信號通道（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，每個放卷架自動測量新料卷的直徑,，然后將這個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，每個放卷架完成本地的自動換卷邏輯,。這樣,，總計的DI/DO點數(shù)大約120個?？紤]收卷/放卷功能相對獨立,，因此，將收放卷獨立作成一個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,； 同時多種速度給定通道可以自由切換（壓輥壓下和離開需要投入/切除PID控制）。因此,，全部夾輥采用MD320+PG卡實現(xiàn)閉環(huán)矢量的張力控制,；
MD330是中心卷曲專用變頻器，支持速度模式/轉(zhuǎn)矩模式的中心卷曲,，內(nèi)置性能優(yōu)良的卷徑計算" title="卷徑計算">卷徑計算模塊,，多種卷徑計算方法，內(nèi)置多曲線錐度控制器,，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)動功能，我們只要在適當(dāng)?shù)臅r候發(fā)出驅(qū)驅(qū)動命令,，待換卷的變頻器即自動適應(yīng)當(dāng)前線速度運轉(zhuǎn),。
三：控制系統(tǒng)的方案：
（一）：方案綱要：（方案框圖見附圖二）
綜上所述，我們可以求得性價比最好的控制系統(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直徑數(shù)據(jù)的交換；每站交換最多12 個字節(jié),；
3：PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)用于連接除烘箱,，風(fēng)機以外的所有變頻器，張力傳感信號全部進入?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/停止/預(yù)驅(qū)動/當(dāng)前卷徑）等,，全部由DP總線通訊完成,。
（二）方案實施：
1：建立MPI網(wǎng)絡(luò)，先單獨賦予CPU314C-2DP,，TP270-10,，TP170B，及其它三個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,，即實現(xiàn)一個地方全部下載和調(diào)試，無須撥插調(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種報文類型,。
特別值得一提的是：MD32PFS的PPO5,，是一個客戶自定義的報文類型，其結(jié)構(gòu)如下：
其中的PZD3-PZD12是一個自由地址映射區(qū)，可以訪問到變頻器的任何一個參數(shù),，這無疑加快了訪問速度,，同時，增加了用戶的自由度,。因此,，我們決定采用PPO5。
3：調(diào)試各個變頻器張力控制系統(tǒng)：
對于匯川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,，卷徑計算模塊，預(yù)驅(qū)動換卷模塊,。
MD330是可以實現(xiàn)零速度張力保持的,，這是相當(dāng)不錯的一個功能，這樣可以盡可能減小啟動/停止時的張力沖擊,。
4：建立各個子站的控制邏輯,，這個過程比較簡單，主要完成一些諸如自動卷徑測量,，預(yù)驅(qū)動邏輯等,，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腳本來完成,，也可以在S7300側(cè)采用X-PUT,，X-GET函數(shù)完成。
5：報警和診斷模塊,；
這個模塊也是非常重要的,，DP從站掉站，DP故障,，I/O訪問錯誤等,，可以為用戶提供維修定位指南。依賴S7300的功能功能（使用OB85/0B86/OB122）,，可以方便的診斷到具體是哪個DP 子站退出循環(huán),，已經(jīng)發(fā)生了何種類型的故障代碼。
附圖二：雙總線的控制系統(tǒng)方框圖
附圖三：MD32PFS的PPO5（自由參數(shù)映射區(qū)）
因為采用匯川變頻器MD330,，可以直接接受張力反饋信號,，并自動處理，則所有的模擬信號可以全部取消,，本身DP的速度最高達到12M的波特率（要求電磁干擾防護做的非常好）,，DP本身的速度只要達到1.5M就已經(jīng)具備了比模擬信號更快的速度,。而且，模擬信號直接在變頻器內(nèi)部進行轉(zhuǎn)換和運算,，內(nèi)部本身采用TI公司的32位DSP,，具有比PLC更快的處理和運算速度。如果模擬信號經(jīng)過PLC進行變換,，處理（PID運算尤其占用PLC的CPU更多的掃描時間）,，再輸出給變頻器。如采用常規(guī)數(shù)據(jù)處理模式,，一則對CPU的運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,，二則處理過程已經(jīng)明顯比變頻器處理速度慢,。
四: 雙總線的方案優(yōu)勢
PROFIBUS是一種開放的總線，由SIEMENS倡導(dǎo),，13家企業(yè)和5家研究機構(gòu)支持,，80年代末已經(jīng)發(fā)展成為國際標(biāo)準(zhǔn)，并在92年被中國采納為行業(yè)標(biāo)準(zhǔn),。2006年11月正式被采納為中國的國家標(biāo)準(zhǔn),。
本系統(tǒng)中，我們可以明顯地看到以下優(yōu)勢：
1：開放性：任何支持DP標(biāo)準(zhǔn)的第三方設(shè)備,，均可被掛到總線上,，這樣，使工廠的自動化孤島,，有可能通過這個總線被全部連接到一起（參見附圖四）,。
2：實時性：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,，具有無可比擬的優(yōu)勢；
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)站點出現(xiàn)故障,，故障機站退出令牌循環(huán)，網(wǎng)絡(luò)仍然可以可靠運行,，并報告錯誤,。普通的通訊需要自己診斷通訊錯誤。
4：省配線：簡化維護工作：DP總線采用2芯5類電纜,，所有的站點只需依賴這兩條線,，即可得到完全的控制，使得很多的I/O信號不需要再連接到現(xiàn)場設(shè)備,，使控制柜變得簡潔,，并額外省去復(fù)雜的接線
5：可以去除所有的AI/AO模塊，去掉這一大塊成本,；
而MPI總線,，我們可以省去昂貴的ET200M子站系統(tǒng)。同樣達到數(shù)據(jù)交換的目的,。
附圖四:采用總線系統(tǒng)的高速涂布機網(wǎng)絡(luò)拓撲圖（SIEMENS主站系統(tǒng)）
五：結(jié)束語：
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外知名品牌相媲美，各張力段的控制非常穩(wěn)定,，換卷過程非常平穩(wěn),，采用MPI和DP總線系統(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際領(lǐng)先的無溶涂布技術(shù),，整機的檔次，效果是非常理想的,。該機器出口至東南亞某發(fā)達國家,，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：
1：《MD320 用戶手冊V2.1》 深圳匯川技術(shù)有限公司
2：《MD330張力專用控制變頻器手冊 》 深圳匯川技術(shù)有限公司
3：《PROFIBUS現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)》 孫鶴旭等編 國防工業(yè)出版社
4：《system software for 300/400 system and standard fuction》電子版 SIEMENS AG