FC302 变频器与S7- 300 在烟草生产车间中的升级应用

赵宏杰

（漯河技师学院，河南 漯河 462000）

1 丹弗斯变频器介绍

丹佛斯传动控制致力于在诸多工业领域开发变频调速器。变频调速器可以控制速度、转矩、加速度、同步、同位和交流（AC)电动机的整体性能，其业务领域涵盖包括烟草、暖通空调、食品饮料、水处理、纺织、造纸、化工、金属加工等多个行业。丹佛斯变频器的产品线功率范围从0.18 kW 到1 400 kW。

丹佛斯FC302 变频器支持长达150 m 的电机屏蔽电缆，可以和PLC 一起，集中安装在控制室即可实现远距离控制电机，满足了全厂皮带传输系统、空调系统、制冷系统和排烟除尘系统的风机水泵可靠控制，并实现节能超过20%，丹佛斯友好的中文人机界面，也得到了现场员工一致认可[1]。自动化高架库物流系统也大量使用丹佛斯FC302 变频器，其精确定位功能实现辅助材料和卷烟成品储存及进出库的高度自动化、智能化。丹佛斯变频器优秀的EMC 性能使得即便是如此大量且密集的使用，也不会对温度仪表、压力仪表等设备产生电磁干扰，保证了整个生产系统的可靠性，相对于西门子系列变频器性价比更高。

2 西门子S7-300PLC

西门子距离推出S7-300/S7-400 系列已经很多年，之后西门子一直不断的寻找升级的可能性，其中PCS7 就是一个升级失败的产品，期间西门子强力推广西门子博途系列即S1200 和S1500，并终获得成功，其中S1200 对应的是S7-200 系列，S1500 对应的是S7-300/400 系列，西门子系列PLC 的质量和品质是很多产品是国内PLC 生产厂家无法比拟的。对于具有PRIFINET 接口的S7-300 的PLC，完全可以通过升级改造胜任产线的需求[2]。

3 改造前的变频器控制系统

卷烟厂某个车间的变频控制系统如下：要求具有三相异步电动机的正转启动，高速、中速、低速的切换；由于产线的升级需求，需要通过传送带机构，并配合工业机器人完成智能搬运，待特定的加工工序后，重新把加工后的物料搬运回传送带，运输物料的定位精度要求极高。

实际控制系统中，由于丹弗斯FC302 变频器控制端子的输入公共端为+24 V,而西门子S7-300 的晶体管输出端为0 V,所以无法进行端子的点对点控制，需要在S7-300 的输出端外接24 V 中间继电器。S7-300用四个PLC 的输出点，来实现实现皮带传输系统的精确定位，由于PLC 输出外接继电器，频繁的切换控制要求，不仅浪费了中间继电器的资源成本，而且提高了生产线的故障率，且继电器的通电时间和断电时间的延迟性，造成定位精度不高，增加了调试的难度[3]。改造前的西门子S7-300 与FC302 变频器原理接线图见图1。

图1 改造前的西门子S7-300 与FC302 变频器原理接线图

4 改造后的变频控制系统

改造后的西门子S7-300 与FC302 变频器原理接线图，见图2。

图2 改造后的西门子S7-300 与FC302 变频器原理接线图

（1） 博途软件中，添加完正确的CPU315-PN/DP后，在菜单栏中选择“选项”＞＞“管理通用站描述文件（GSD）”，在管理通用站描述文件中，从源路径中选择对应的FC302 的GSD 文件并安装，见图3。

图3 管理通用站描述文件

（2） 在设备与网络＞硬件目录中，选择“其他现场设备”＞＞“其他以太网设备”“PROFINET IO” ＞＞“Drives ” ＞＞ “Dan foss Drives A/S” ＞＞“VLT@FC Series”＞＞“Dan foss FC PN”双击添加；手动连接PROFINET 绿色总线PN/NE_1，并设置PLC与变频器为一个频段。本案例中，设置PLC 地址为192.168.0.1；设置FC302 地变频器址为192.168.0.2；设备与网络设置界面见图4。

图4 设备与网络设置界面

（3） 点击Dan foss FC PN 组态模块，在硬件目录中选择报文PPO3，点击并确认，从此选项中获取组态地址为Q256--Q259，见图5。

图5 硬件目录中选择报文PPO3

（4） 丹弗斯FC302 变频器参数设置流程。

a.恢复出厂设置。

选择14-22 Operation Mode ＞＞按[OK]（确定）＞＞选择“初始化＞＞按[OK]（确定） ＞＞切断主电源，等待显示屏关闭＞＞重新连接主电源此时变频器已复位。

b.电动机参数。

电动机的参数设置在P1-20 到P1-23。设置P1-20: 电机功率为0.18 kw；P1-22: 电机电压为380 v；P1-23:电机频率为50 HZ；P1-24:电机电流为0.32 A；P1-25:电机转速为1 400 r/min；P3-03:设置最大转速为1 500 r/min；同时设置P4-10:电动机极限为双向控制，见图6～图7[4]。

图6 设置电动机参数

图7 设置电动机极限

c.通信设置。

设置通信方式为远程控制＞＞总线信号，并在以太网中修改地址为192.168.0.2；需要注意的是，变频器FC302 的27 端子须和12 短接（或者P5-12 设置为0），否则变频器无法启动，见图8～图9[5]。

图8 设置通信方式

图9 设置以太网地址

（5） 编程示例。

当按下I0.0 后，变频器带动电动机以低速正转运行；当按下I0.1 后，变频器带动电动机以中速正转运行；当按下I0.2 后，变频器带动电动机以高速正转运行；当按下I0.3 后，变频器带动电动机停止；当QW256 赋值为16#047C 代表正转信号，当QW256 赋值为16#847C 代表发转信号，QW256 赋值为16#043C代表停止信号，QW258 赋值为电动机运行的频率，本项目升级改造的实验程序见图10。

图10 升级改造后的实验程序

5 结论

本案例完成了某大型卷烟厂的生产车间升级改造，由原来的西门子S7-300 端子控制FC302 变频器的正转启动和多段速运行，升级改造为PROFINET 通信控制，既减少了硬件接线，也简化了调试流程，并且后期还可以通过重新组态，实现一台S7-300 控制多台FC302 变频器远程高精度定位控制。同时也提高了生产的效率和优化了生产线控制的流程，具有很高的实用价值和创新价值。

PROFINET 工业以太网通信，具有很好的实时性，可以直接连接现场设备，使用组件化的设计；PROFINET 还支持分布的自动化控制方式，经过改进使用于工业现场的以太网，就成为工业以太网。PROFINET 具有多制造商产品之间的通讯能力，自动化和工程模式，并针对分布式智能自动化系统进行了优化，其应用结果能够大大节省配置和调试费用。但是相对于稍微年长一些企业维修技术人员和工程师来说，PROFINET 却是一项新的技术，如果没有经过专业的技术培训，当产线出现新的通信故障后，将会无从下手。这就需要技术管理部门针对企业维修人员开展定期的相关设备培训指导，并进行案例总结，形成一整套故障检修方案，以减少设备故障维修周期带来的经济损失。