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    摘  要：介绍了山东大学控制学院通过选用西门子公司的产品，S7300PLC、TP270触摸屏和6RA70调速器，设计和组建直流调速控制系统实验室的过程，取得了良好的教学效果。

    关键词：现场总线；6RA70直流调速器；人机界面

    Abstract：Introducing the design of DC system automatic control laboratory in Shandong University by using siemens products, such as S7300 PLC,TP270 touch panel and 6RA70 speed regulator, which achieved good teaching effect.

    Keywords： PROFIBUS;6RA70 dc speed regulator;HMI

    1 引言

    山东大学控制科学与工程学院为适应新时代的发展，达到培养高素质人才的要求，重新组建了新的直流调速控制系统实验室。在实验室的组建方面，选用西门子公司的S7-300型PLC、TP270触摸屏和6RA70系列直流调速器，并通过PROFIBUS-DP现场总线进行网络通讯，进行数据和信息的传递。

    2 控制系统简介

    实验室共组建八个实验台，其中一个实验台安装S7-300PLC，作为PROFIBUS-DP网络控制系统的主站，每个试验台的调速器和触摸屏作为系统从站，通过PROFIBUS现场总线进行通讯连接，这样整个控制系统形成一个网络，网络结构图如图1所示。

             

                                 图1实验室网络结构

    2.1 S7-300 CPU315-2DP

    本系统中PLC处于核心控制地位，它肩负着大量数据通讯和处理的任务，如通过网络将控制命令和速度给定值传给各调速器，将各调速器的启停状态、运行速度、电压、电流、报警信息等采集回来进行处理，为此特选定西门子S7-300 CPU315-2DP。该PLC内置MPI和DP通讯口，MPI口和其它带有RS485通讯口的设备可构成MPI网，通过西门子PC-Adapter适配器可与其它设备的RS232口通讯；而DP口可直接上PROFIBUS网，作为网络的主站或从站。本系统中S7-300 CPU315-2DP是作为主站。

    2.2  6RA70直流调速器

    西门子6RA70型直流调速器作为网络从站，实时响应主站发出的各种命令，直接控制现场设备，实时检测和返回电机运行状态，系统稳定性和控制精度如何与其性能好坏密不可分。由于实验要求非常精确，尽可能的反映实际，所以要求电机在启动和制动时都能实现时间上的最优控制，在运行期间还要有很强的抗干扰能力，所以采用具有双闭环逻辑无环流可逆调速控制系统的直流调速器。

    本系统是典型的双闭环调速系统，即电流内环和转速外环。这种经典的双闭环控制方案较开环控制可使系统更加稳定，性能更好。系统原理图如图2所示，电流通过直流调速器的内部结构形成电流反馈环，而旋转编码器通过测量电机的转速，并将其转变成为直流调速器可以识别的电压或电流信号，构成转速反馈环。

            
 
                        图2  双闭环逻辑无环流直流调速原理图

    在本控制系统中，通过安装附加选件板ADB适配板（Adapter Board）、LBA板（local Bus Adapter）、通讯板CBP2 (Communication Board PROFIBUS)，使直流调速器构成一个PROFIBUS-DP从站。这样，就可以通过PROFIBUS现场总线直接控制电机启停、正反转、调速以及读取直流调速器工作状态和报警信息等功能，节省了直流调速器上需要连接的所有控制线。

    2.3  调速器接线原理

    西门子直流调速器的接线原理图如图3所示，图中除旋转编码器外虚线表示待接导线。实验时按照图3接线，并检查无误后，依次闭合励磁电源空开、主回路电源空开，然后按动主回路送电按钮，给调速器送电。在调速器的操作面板上将参数P051设置成40，使操作面板开锁，再根据实验要求和电机的铭牌数据设置其它的有关参数。参数设置完毕，依次按动调速器使能按钮和启动按钮，调节模拟输入给定电位器的大小，使电机按照给定速度运行，从电压表和电流表中就可以读出相应的电动机电压和电流值的大小。
 
         
                               图3  调速器接线原理图

    3 用PROFIBUS-DP进行网络通讯

    PROFIBUS-DP主要使用主-从方式，周期性地与传动装置进行数据交换，可用数据结构分成不同两部分且能用报文分别传送:过程数据组(PZD)部分，包括控制字，设定值，状态字和实际值；参数部分(PKW-参数识别值)，用于读、写参数值。在本控制系统中，我们只传送过程数据PZD部分，即采用最简单的PPO3型。

    在该系统中，可从作为系统从站的触摸屏上直接设定电动机的速度给定值，通过修改调速器的相应参数值，并对PLC进行编程，由PROFIBUS网络传递到直流调速器的给定端，从而调节电动机转速的大小。图4是用STEP7编写的部分网络通讯程序清单，程序中用到两个系统功能SFC14和SFC15, SFC14DPRD-DAT是读一个DP从站的相连续的输入数据区域，参数LADDR是用HWConfig组态的DP从站的输入模块开始地址（十六进制），RECORD是所读用户数据的目的区域。如果从S7CPU传送一个连续的输出数据到DP从站，则用到SFC15DPWR-DAT，参数LADDR是用HWConfig组态的DP从站的输出模块开始地址，RECORD是所要写的用户数据的源区域。以下是调速器重要的通讯参数设置：

    1) U712 PPO 型，在报文的参数段和过程数据段中定义为字数。

    2) P918 总线地址，即CPU在组态时分配给CBP2从站的地址号。

    3) U927 参数化使能，即使修改的调速器参数生效。

              
                 
            
               
                      图4  通过PROFIBUS设定和读取调速器的速度值

    4  结束语

    本实验台所涉及的实验特点是综合性强，涉及面广，而且西门子公司的产品控制功能全，实时性强，运行稳定，体现了工业自动化的发展方向。同学们在这样的实验环境中，能够把所学理论与实践相结合，了解和掌握先进的控制技术，为以后成为合格的自动化技术人才打下坚实的基础。

    参考文献

    [1] SIMOREG DC Master 使用说明书