歐陽長風(fēng)

K30定型機鏈傳動同步原理分析

歐陽長風(fēng)

（佛山弘禹環(huán)?？萍加邢薰?，廣東佛山 528200）

K30定型機是印染行業(yè)應(yīng)用較廣的一款工藝設(shè)備，其自動化系統(tǒng)集成采用西門子TIA技術(shù)。K30鏈傳動同步原理是基于西門子T100工藝板和變頻器的技術(shù)，是基于T100特殊的串行通訊端口的特性構(gòu)成的PPBUS總線。本文簡明介紹了K30鏈傳動系統(tǒng)的組成、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和內(nèi)部傳輸過程，由此對K30鏈傳動同步系統(tǒng)進行了分析，在此分析基礎(chǔ)上，給出了一個實際維修的案例。

鏈傳動同步系統(tǒng)；TIA；PP-BUS

0 引言

K30定型機是由德國KRANTZ公司生產(chǎn)的一款自動化程度較高的織物定型工藝設(shè)備，在染整行業(yè)有較為廣泛的應(yīng)用。該設(shè)備由四個工藝系統(tǒng)構(gòu)成：自動整緯系統(tǒng)、鏈傳動同步系統(tǒng)、烘箱加熱系統(tǒng)、拉幅系統(tǒng)。

K30定型機的自動化系統(tǒng)采用西門子TIA（全集成自動化）技術(shù)，采用PROFIBUS-DP總線為通訊主要通訊協(xié)議，連接主S7 300 CPU、鏈傳動變頻器、風(fēng)機變頻器、ET200L模塊以及OP。另外HMI（PC機）與S7 300 CPU采用MPI（多點通訊）協(xié)議。變頻器參數(shù)傳輸采用USS總線，鏈傳動同步采用PP-BUS總線。除了USS總線用于個人維護電腦維護外，其余三種通訊是實時的，任何一個通訊鏈路發(fā)生問題，設(shè)備都不能工作。

本文重點討論鏈傳動同步的工作原理，并根據(jù)工廠維修實例加以說明。

1 鏈傳動同步系統(tǒng)

1.1 K30定型機鏈傳動變頻器的配置

K30定型機的鏈傳動變頻器和風(fēng)機變頻器都選用西門子SIMOVERT MASTERDRIVES(產(chǎn)品訂貨號6SE70XX)矢量控制的直流母線逆變器產(chǎn)品，K30采用的是書本型變頻器。該變頻器由電子箱和功率單元

兩個部分組成。電子箱包括CPU主板、通訊板以及特殊電子單元（如T100工藝板），都可以根據(jù)應(yīng)用的系統(tǒng)進行選擇。根據(jù)西門子定義，將書本型逆變器正立，電子板左側(cè)位置為位置1，中間位置為位置3，右側(cè)位置為位置2。

K30鏈傳動變頻器和風(fēng)機變頻器，在位置1安裝CUVC，CUVC 安裝有CBP2通訊板。與風(fēng)機變頻器的配置不同，鏈傳動變頻器在位置2安裝一塊T100工藝板。

所有變頻器的指令由DP總線通過CBP2通訊板傳輸給變頻器，但是由于鏈傳動變頻器配置有一塊T100工藝板，通訊數(shù)據(jù)傳輸?shù)淖冾l器接口地址和過程是不同的。

1.2 T100工藝板介紹

T100工藝板是SIMOVERT MASTERDRIVERS 系列的擴充板，它實現(xiàn)與過程相關(guān)的功能，決定安裝的軟件模塊。T100插入SIMOVERT MASTERDRIVERS系列變頻器電子板的第二個位置（最右），背面總線適配器LBA需在安裝T100時安裝。

圖1 T100工藝板的安裝位置

T100工藝板帶有8個數(shù)字輸入、5個數(shù)字輸出、5個模擬輸入、2個模擬輸出，帶有兩個RS485通訊口。外部連接通過T100工藝板前面的X130至X136插口連接。

K30的鏈傳動變頻器，左右鏈同步用了-X130：AE52模擬輸入，另外軋車的同步張力調(diào)整電位器用了-X130：AE50模擬輸入。其余鏈傳動變頻器沒有使用模擬和數(shù)字端口。

K30的鏈傳動變頻器都采用-X133端口通過串行通訊方式將同步速度信號傳遞給各傳動變頻器。

K30上的T100工藝板采用的軟件模塊為MS100(Multi-Purpose Drive)，它擴充了變頻器與驅(qū)動相關(guān)的功能，包括高性能PID控制器、comfort斜坡函數(shù)發(fā)生器以及電動馬達電位器等。

1.3 PP-BUS總線

PP總線是由14個鏈傳動電機變頻器上T100工藝板的X133通訊端口實現(xiàn)的。K30使用的變頻器（包括風(fēng)機）均使用SIMOVERT MASTERDRIVES 矢量控制（DC-AC）型變頻器（產(chǎn)品訂貨號6SE70XX），所有變頻器均配置CUVC板和PROFIBUS-DP通訊板（CBP2），但僅僅鏈傳動電機變頻器，配置了T100工藝板。其作用主要是實現(xiàn)鏈傳動電機之間的同步運行。X133端口接線原理圖如下：

圖2 X133端口PP-BUS接線原理圖

T100工藝板X133端口的終端電阻跳線X10，X11只有起點端口和終點端口設(shè)置在1-2位置，其余在2-3位置。X10、X11跳線位置必須相同。

PP-BUS總線由左鏈變頻器開始向兩邊傳遞：

左鏈-->右鏈-->切邊刀左-->切邊刀右-->出布-->擺布-->卷布；

左鏈-->中間繩-->右針鋏-->左針鋏-->上超喂-->下超喂-->軋車-->入布。

PP-BUS總線簡圖見圖3。

圖3 PP-BUS總線簡圖

PP-BUS總線控制的鏈傳動同步是直接傳輸個變頻器的速度值，保證在加、減速以及正常運行時速度指令是按工藝要求一致的。但是嚴(yán)格要求同步的左、右鏈同步，在指令同步的同時，通過同步板直接檢測電機編碼器獲得變頻器的速度校正信號（左右鏈-X130：AE52模擬輸入）進行速度校正。對于軋車的同步則通過張力桿上的檢測電位器信號加入軋車變頻器T100工藝板的-X130：AE50，進行張力調(diào)整。運行和維修經(jīng)驗表明PP總線同步，在參數(shù)設(shè)定正確的情況下即使取消左右鏈同步板，左右鏈仍能保證工藝要求的同步要求。

1.4 鏈傳動同步系統(tǒng)

K30的鏈傳動同步系統(tǒng)，是通過將工藝要求的各

傳動變頻器的速度指令送到CBP端口的DPRAM經(jīng)T100工藝板運算再傳給變頻器CUVC板的速度設(shè)定單元的。對于嚴(yán)格要求同步的左右鏈，通過同步板產(chǎn)生校正信號在T100 X130端口的AE52通道產(chǎn)生一個修正。軋車與下超喂之間設(shè)定了張力桿檢測電位器，通過T100 X130端口的AE50通道產(chǎn)生一個模擬信號校正。

鏈傳動同步系統(tǒng)，考慮了計算的原理簡圖見圖4。

圖4 鏈傳動同步原理簡圖

從圖4可以看出，K30鏈傳動的各變頻器的速度是根據(jù)DP-BUS的主鏈變頻器的速度設(shè)定（機速）和各電機的速比數(shù)據(jù)，由T100的乘法器，逐個計算給出各變頻器的速度設(shè)定值。該速度設(shè)定值由于T100的X133端口通過PP-BUS總線傳輸。

2 變頻器數(shù)據(jù)傳輸

SIMOVERTMASTERDRIVERS系列變頻器的電子板插件的配置不同，其通訊的傳輸過程也是不同的。雖然表面上鏈傳動變頻器和風(fēng)機變頻器電子板配置只是增加了一塊T100工藝板，但CB/TB ReciveData的連接字是不同的，前者是K8001至K8016而后者是K3001至K3016。這表明鏈傳動變頻器和風(fēng)機變頻器通訊的實際過程不同，下面我們先討論鏈傳動變頻器的數(shù)據(jù)傳輸過程。

2.1 從總線接受數(shù)據(jù)

當(dāng)鏈傳動變頻器檢測到發(fā)往本網(wǎng)絡(luò)節(jié)點（網(wǎng)絡(luò)地址）的數(shù)據(jù)將數(shù)據(jù)存入CBP2的DPRAM區(qū)域，由于有T100工藝板，CBP2作為第二塊通訊板，總線數(shù)據(jù)被存入K8001至K8016字，共16個CB字。鏈傳動變頻器的網(wǎng)絡(luò)地址由P918.02參數(shù)設(shè)定。詳細(xì)見圖5。

圖5 鏈傳動變頻器從總線接收數(shù)據(jù)

2.2 T100與變頻器的數(shù)據(jù)交換

在安裝T100工藝板的情況下，CBP2通訊卡接收的總線數(shù)據(jù)不是直接傳輸給CUVC（CPU板）的。首先將內(nèi)部連接參數(shù)連接到到DPRAM，轉(zhuǎn)換成T100內(nèi)部的連接字（T 100輸入的連接字）。在輸出側(cè)T100的內(nèi)部連接字（T100輸出的連接字）與CUVC的連接字匹配。在T100內(nèi)部，通過功能塊將輸入連接字和輸出連接字連接起來，實現(xiàn)總線接收數(shù)據(jù)通過T100傳輸?shù)紺UVC的過程。其中K3002是變頻器的速度設(shè)定值。因而T100不只是同步信號的傳輸，還有數(shù)據(jù)處理功能。詳細(xì)見圖6。

圖6 T100與MASTER DRIVES VC 的過程數(shù)據(jù)交換

2.3 向總線端口發(fā)送數(shù)據(jù)

變頻器CUVC板將變頻器的有關(guān)數(shù)據(jù)，發(fā)往總線端口DPRAM。發(fā)送的數(shù)據(jù)通過P736參數(shù)設(shè)定。從圖7可見狀態(tài)字1及2（K32、K33）、變頻器轉(zhuǎn)速/頻率實際值（KK148）、Isq電流實際值（K184）以及K3003、K3008發(fā)往總線端口。

圖7 CUVC向總線端口發(fā)送數(shù)據(jù)

3 鏈傳動同步原理

3.1 左右鏈同步原理

K30鏈傳動同步是以左鏈的速度為基準(zhǔn)的，左右鏈在PP-BUS總線指令同步的基礎(chǔ)上，通過BY145同步板，根據(jù)左右鏈電機編碼器的實際信號，產(chǎn)生左右鏈的模擬校正信號，以產(chǎn)生嚴(yán)格的同步。使用了T100模擬輸入AE52進行速度矯正。詳見圖8。

圖8 左右鏈同步原理圖

3.2 鏈傳動同步原理

K30鏈傳動的同步是通過DP網(wǎng)絡(luò)傳遞左鏈速度指令和各傳動電機的速比信號，通過T100工藝板的內(nèi)部處理，將處理后的信號作為下一級變頻器的速度指令，逐級進行速度指令的傳輸，從而達到速度同步。

對于嚴(yán)格要求同步的左右鏈電機驅(qū)動，通過同步板產(chǎn)生校正模擬信號，進行精確同步。對于有張力控制要求的軋車和下超喂的同步，經(jīng)過張力桿帶動的檢測電位器的模擬信號以達到工藝要求。

3.3 T100參數(shù)的作用

T100工藝板的參數(shù)負(fù)責(zé)DP總線數(shù)據(jù)的處理，交付給CUVC單元。同時還需要接收X133端口的數(shù)據(jù)，并將同步數(shù)據(jù)發(fā)到X133端口。X133端口接收和發(fā)送的數(shù)據(jù)通過變頻器面板可以直接設(shè)定。由于每個傳動部分的要求不完全一致，各個變頻器參數(shù)不可以簡單替換或覆蓋。在下載或上傳變頻器參數(shù)不一定會保存T100參數(shù)，必須仔細(xì)檢查。在硬件維修時可能會丟失或損壞數(shù)據(jù)，必須做好全部數(shù)據(jù)的備份。由于T100參數(shù)的丟失變頻器不會報警，根據(jù)同步原理，如果某一級變頻器T100參數(shù)丟失，后級變頻器將沒有速度指令，其變頻器拖動的電機都不運行。在左鏈變頻器T100參數(shù)丟失，所有鏈傳動變頻器拖動的電機都不運行，但是PLC動作和風(fēng)機變頻器均正常。

4 K30故障維修案例

【案例】K30左鏈變頻器硬件維修后，所有鏈傳動電動機都不運行，風(fēng)機變頻器可以運行，PLC和HMI無故障顯示。

故障診斷：

（1）用面板直接設(shè)定左鏈變頻器頻率，單機可以運行，但其余電機都不運行；

（2）因為風(fēng)機變頻器正常，PLC動作都正常。說明PLC和DP-BUS總線正常；

（3）檢查變頻器參數(shù)，對比風(fēng)機和鏈傳動變頻器參數(shù)。P443均配置連接器K3002，將左鏈變頻器P443設(shè)定為K8002，左鏈電機可以在DP總線下驅(qū)動運行，而其余傳動電機都不運行。

經(jīng)過以上診斷，確定左鏈T100工藝板參數(shù)丟失，由于T100參數(shù)沒有備份，而左鏈變頻器的T100與其余變頻器差異較大，根據(jù)T100資料和西門子大全資料，用人工面板直接按K30原理圖進行參數(shù)設(shè)置。

參數(shù)配置：

（1）P734參數(shù)設(shè)置

P734參數(shù)序號定義CB連接器T100定義連接器.01Status Word1K32 .02n/f(set)KK148 .03Isq(set)K184 .04Status Word2K33 .052nd.CB Word1K8001K040 .062nd.CB Word2K8002K041 .072nd.CB Word3K8003K042 .082nd.CB Word4K8004K043 .092nd.CB Word5K8005K044 .102nd.CB Word6K8006K045

(2)T100與CUVC板K3002連接

P443=K3002

(3)將K8002(總線左鏈變頻器速度設(shè)定值)傳遞給K105

(4)將數(shù)據(jù)發(fā)到PP-BUS 端口（T100的X133端口）

T100的X133端口是一個RS485的串口，實現(xiàn)點對點通訊。該端口是已給可以用參數(shù)配置的端口，輸入輸出端口都可以配置5個參數(shù)。左鏈由于是PPBUS的起點，因而不需要接受PP-BUS參數(shù)，只需要配置發(fā)送參數(shù)。配置如下：

5 結(jié)論

本文詳述了K30定型機鏈傳動同步的原理，并給出了根據(jù)其原理K30定型機維修的案例。

通過上述分析和維修的經(jīng)驗，我們可以得到以下結(jié)論：

5.1 K30鏈傳動系統(tǒng)的同步技術(shù)是基于西門子產(chǎn)品技術(shù)的同步方式，只有了解產(chǎn)品性能才能真正了解其同步過程。

5.2 在配置T100的情況下，DP總線數(shù)據(jù)發(fā)到通訊板CBP2的通過T100的參數(shù)配置，傳輸給CUVC板，如果參數(shù)有問題將影響本級變頻器和后級PP-BUS網(wǎng)絡(luò)的變頻器。

5.3 PP-BUS總線傳輸?shù)臄?shù)據(jù)是由變頻器的T100參數(shù)直接確定，而不是由DP-BUS傳輸數(shù)據(jù)確定。

5.4 T100工藝板的X133端口的數(shù)據(jù)可以通過變頻器面板直接編程，在數(shù)據(jù)丟失的情況可以根據(jù)工藝要求，用變頻器面板編程修復(fù)。

[1] 西門子電氣傳動有限公司.SIMOVERT MASTERDRIVERS矢量控制使用大全[M].天津，西門子電氣傳動有限公司.2002.

[2] 崔 堅,李 佳等.西門子工業(yè)網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)(上冊)[M].北京:機械工業(yè)出版社.2004(9).

[3] 天津傳動設(shè)計研究所.電氣傳動自動化技術(shù)手冊[M].北京:機械工業(yè)出版社.2011(4).

Analysis on the synchronization principle of the chain drive of K30

OUYANG Chang-feng
(Foshan Hongyu Environmental Protection Technology Co., Ltd., Foshan, Guangdong 528200)

K30 is a processequipment used in printing and dyeing industry, and its automation system is integrated with SIEMENS TIA technology. K30 chain drive synchronization principle is based on the technology of SIEMENS T100 technologyboard and inverter, is based on the characteristics of the T100 special serial communication port PP-BUS . In this paper, a concise K30 chain drive system composition, network structure and the internal data transfer process is introduced, which of K30 chain synchronous drive system were analyzed. This analysis is given based on the case of a practical maintenance.

chain drive synchronization system; TIA; PP-BUS

TS104.2

A

投稿日期：2015-06-27

歐陽長風(fēng)（1965-），軟件工程碩士，電氣自動化工程師，企業(yè)咨詢顧問。長期從事自動化生產(chǎn)線維修管理。