浅谈西门子自动化产品在实验室中的应用

徐丽

鞍钢教育培训中心 辽宁 鞍山 114032

前言

鞍钢集团电气自动化控制设备绝大部分使用西门子产品，其中可编程序控制器S7-300、400以及6SE70系列变频器的保有量极高，西门子产品的可靠性及先进性受到大家一致好评的同时，也为企业创造了显著的经济效益。在这些年维护和新上改造项目的过程中现场维护人员对WINCC、STEP7、Drive Monitor、Stater等软件的掌握程度参差不齐，尽快提高现场维护人员对西门子系列软件的应用水平是一件十分急迫的事情。

针对以上情况，培训中心筹建了西门子自动化控制实验室，实验室中以4套S7-1500PLC为控制中心，与4台西门子S120变频器实现PROFINET通信，通过上位机WINCC画面控制相应变频器带动电机旋转调速，同时通过趋势画面可以观察各变频器运行的各项数据趋势（如电流、运行频率、转矩、电机温度等）。

1 控制系统构成

1.1 系统硬件配置

实验室中的软硬件配置主要根据现有自动化控制方式为基准，同时兼顾西门子新产品使用方法的学习和练习，为职工以后更好维护现场设备打下良好基础，系统的硬件配置包括：CPU1511、AI/AO 模拟量模块、DI/DO数字模块、高速计数模块FM350、S120变频器、M440变频器、6SE70变频器等[1]。

1.2 系统软件配置

为了配合以上硬件系统能够实现相应的控制功能，计算机安装了Windows 7操作系统及必要的西门子软件，包括TIA PORTAL V15、WinCC 7.0、DriveMonitor、STEP7 V5.5、Starter V4.2等。

1.3 系统的配置特点

为使实验室更好地服务于生产，实验室的软、硬件配置都结合生产现场的实际情况，并考虑了今后技术的发展情况，使职工掌握的技术贴近生产实际、更具针对性。

（1）通过在构成的PROFIBUS网络，以计算机作为上位机，通过Profibus网络不但能够方便地通过WINCC画面监控各变频器的运行，更重要的是能够通过Drive ES软件在TIA PORTAL中直接通过Drive Monitor、Starter进入各变频器的参数界面，使得修改和监视变频器参数更加便捷。

（2）针对现场电机的拖动控制方式1主3从，每台电机为有编码器的矢量控制，变频器之间控制设计成通过Simolink卡的主从控制，可以让学员在实验室中通过Simolink网络进行6SE70主从调试练习。

（3）将变频器设计成有编码器的矢量控制（P100=4）的控制方式，电机编码器信号通过脉冲分配器分成两路，一路接入变频器，另一路接入PLC的高速计数模板，通过STEP7软件可以实时监视编码器的计数值，让学员在进行驱动调试练习的同时掌握通过高速计数模板采集电机编码器的计数值。

（4）安装S120变频器可使学员使用Starter软件进行调试练习，为进一步学习调试Sinamics G、S系列变频器打下良好的基础。

（5）在S7-1500PLC上选用8通道模拟量输入模板，可以进行多种模拟量信号的采集（包括0-5、10V电压信号，2线制4-20mA电流信号，4线制4-20mA电流信号，Pt100标准型热电阻信号等）；选用模拟量输出模板，可通过外部挂线实现变频器的无级调速。

2 控制系统完成的功能：

实验室所能完成的功能主要包括以下几方面。

2.1 WINCC视窗控制界面的功能

整个WINCC界面由主画面和窗口画面组成，点击主画面左侧的按钮可以改变主画面中窗口画面的内容，主画面中还可以显示系统当前时间和室内温度。窗口画面共有8幅，其中6幅分别为驱动装置的操作、监视界面，1幅是驱动装置报警记录画面，1幅是模拟量信号练习画面，同时WINCC软件的Horn功能激活，相应装置故障报警时微机扬声器发出不同的报警声。通过操作相应窗口画面中的按钮可以进行驱动装置的启动停止、用鼠标拉动滚动条能够实现相应电机的调速，同时监视各电机的运行参数趋势（包括电机温度、电机电流、实际转速、转矩等）。

2.2 PLC可实现的控制功能

实验室中包括4部S7-1500PLC和4部S7-400PLC，两者之间通过PROFINET通信网络实现数据的交换。

S7-1500PLC、ET200SP硬件系统中有AI模拟量输入模块模板通道经过设定同时兼容电流、电压等多种模拟量信号，采集信号在程序中经过一系列数据转换最终按量程显示在微机画面。

S7-1500PLC是本实验室的控制核心，通过PROFINET网络实现与上位机和其余从站设备的通讯，TIA PORTAL中，可以很方便地通过PROFINET通信网络直接观察和修改S120、6SE70和M440驱动装置的控制参数。

2.3 驱动装置完成的功能

变频器除了控制方式为有编码器的矢量控制外，还有无编码器的矢量控制。为了模拟在PLC系统故障的情况下继续操作变频器拖动电机运行，可以通过接入变频器控制端子的手持按钮盒选择开关将操作方式切换到就地非PLC控制，变频器的运行信号经手持按钮盒通过接线端子输入变频器，此时变频器能够按固定频率给定在脱离PLC控制的情况下运行。

3 项目运行、应用体会

西门子S7-1500PLC和变频器控制性能优异，控制和保护功能完善，可适用于各种变速驱动装置，基本上能满足各种应用场合的使用要求。实验室的建立，培训任务将增加，现场职工的整体技术水平会得到有效提升，同时许多改造在实施之前按控制原理在此系统中先行试验论证，在改造实施期间能最大限度做到心中有数，使改造顺利完成并达到预期的使用效果。