Автоматизация электропривода продольно-резательного станка

2.2 Автоматизация технологического  комплекса

 

2.2.1 Основное оборудование управления станком

 

Основное оборудование станка включает в себя: два цифровых контроллера Siemens и Advant АС-80, преобразователи ACS 800 (инвертора), платы местного и дистанционного ввода/вывода (ProfiBus Adapter, DDCS Branching Unit), а так же шины связи (ProfiBus, FildBus, DriveBus)

 

2.2.1.1 Программируемые контроллеры

 

Контроллер – устройство, выполняющее  функции логического анализа (сложные  последовательности логических операций) и управления; реализуемое на одной или нескольких больших интегральных схемах.

Контроллер Siemens предназначен для передачи данных от оператора станка с последующей их обработкой и послания задания контроллеру Advant АС-80, а так же управляет работой вспомогательных устройств установленных на станке (вентиляторы, пневматика, защиты, блокировки и т.д.).

В нашем случае контроллер Advant АС-80 (устройство управления процессом) управляет электроприводами переменного тока. В контроллере применяют быстродействующие микропроцессоры для осуществления петлей регулирования момента и скорости. В контроллер электропривода входят также:

– обмен данными с приводами и другими устройствами, стационарный ввод/вывод к обычным соединениям, как например обратная связь импульсов импульсных датчиков и защита по температуре электродвигателей;

– стационарный программируемый ввод/вывод для защитных функций  как ,например, аварийный стоп и запрет ошибочного пуска;

– программируемый ввод/вывод для управления вентилятором охлаждения электродвигателя и для других необходимых блокировок;

–  встроенная диагностика неисправностей и функции сбора информации, порт для подключения принтера.

РМ825, процессорный модуль АС 80, построен на основе микропроцессора МС68360, имеющего частоту 25 МНz в 16-битном режиме. Система и пользовательское приложение хранятся во FLASH PROM объемом 1024 кбайт и 512 кбайт соответственно. Для исполнения системных и пользовательских программ доступно 1024 килобайта (512 К*16 бит) оперативного запоминающего устройства.

 

2.2.1.2  Платы и шины связи

 

Продукты Advant представляют собой ряд  устройств управления высокого уровня, которые служат дополнением к МалтиПриводу ACS 800 для крупных систем.

Устройство управления задачей  АРС (Application Controller) – одиночная плата, которая может управлять инверторами  и вести обмен данными с несколькими сетями Fieldbus и устройствами ввода/вывода. О встроенном типе устройства управления можно говорить, когда управление системой (задачей) выступает как часть общего управления приводом. Устройство управления двигателем и задачей (АМС) представляет собой именно такой тип управляющего устройства.

Устройство управления двигателем и задачей АМС (Application and Motor Controller) – это одиночная плата (рис. 2.3 прил. 6), оборудованная мощным цифровым процессором для осуществления управления инвертором и двигателем, используется во всем семействе изделий ACS 800. Она содержит уникальную систему управления двигателем (DTC), так же как и программируемую степень управления задачей. Устройство управления двигателем и задачей АМС использует быстродействующий цифровой сигнальный процессор, технологию специализированных интегральных микросхем (ASIC) и оптоволоконные высокоскоростные коммуникационные каналы.

SIMATIC – это общее название  семейства коммуникационных сетей, объединяющих программируемые контроллеры SIEMENS, серверы, рабочие станции и персональные компьютеры.

В состав SIMATIC входят следующие компоненты:

• Коммуникационная сеть, состоящая  из среды передачи, средств для

подключения к сети и передачи данных, а также соответствующие

технологии передачи

• Протоколы и службы, используемые для передачи данных между

перечисленными выше устройствами

• Модули, предназначенные для  подключения программируемого

контроллера или компьютера к  линиям связи.

Для реализации самого разнообразного круга задач, которые должны быть решены в том или ином проекте автоматизации, SIMATIC, в зависимости от конкретной ситуации, предлагает различные коммуникационные сети.

Адаптеры Profibus (рис. 2.4 прил. 6) обеспечивает совместимость контроллера Advant АС-80 с шиной ProfiBus контроллера Siemens, она используются тогда, когда не используется устройство управления задачей (АРС). Для того чтобы поддерживать требуемую плату сопряжения с сетью Fieldbus, AMC необходимо программировать.

Profibus представляет собой открытый  последовательный стандарт для  обмена данными, обеспечивающий связь между составными частями автоматических систем всех типов.

Сети Profibus могут быть реализованы с использованием одной из

следующих сред:

• Экранированная витая пара (волновое сопротивление 150 Ом)

• Искробезопасная экранированная витая пара

• Волоконно-оптический кабель

• Беспроводные сети

Различные коммуникационные сети могут  использоваться независимо или, в случае необходимости, объединяться между собой.

МалтиПривод ACS 800 использует многочисленные платы сопряжения с сетью Fieldbus и платы для обмена данными между приводом и системами центрального управления. Advant Fieldbus  представляет собой высокоскоростную линию связи, предназначенную для обмена данными между устройствами управления Advant Controller 400 Series, Advant Controller 110, Advant Controller 70, устройством управления задачей Application Controller, станциями ввода/вывода S800, AdvaSoft для Windows и прочим оборудованием, приспособленным к обмену через эту шину.

Устройства управления Advant используют шину связи DriveBus (оптоволокно) для обмена и передачи информации между приводами и контроллером. Оптоволоконная сеть для приводов создается при помощи распределителей или соединения в кольцо. Максимальное количество приводов с платой ISA или PCMCIA составляет 255 на один канал платы персонального комьютера. Соединение в оптоволоконное кольцо ненадежно, поскольку неисправность в любом из приводов нарушает его целостность. Помимо того, длина пластикового оптоволокна ограничена 15 метрами. Иногда при использовании пластико-волоконной связи требуется большее расстояние до персонального комьютера. DriveBus использует скорость обмена 4 Мбит/с (8 Мбит/с во временном режиме), при периоде сообщений 50 мкс (асинхронно). Специфицированная производительность передачи – 20 сообщений (10 групп данных) в миллисекунду, максимальная – 32 сообщения/мс. Линия DriveBus может работать и с пластмасовыми и со стекловолоконными кабелями. Оптическая линия DriveBus может использоваться для управления 12 приводами, блоками нверторов или блоками питания на основе плат MAMC.

Интерфейсная плата DDCS Branching Unit (рис. 2.2 прил. 6):

Плата интерфейса DDCS представляет собой  программируемое устройство связи, поддерживающее протокол DDCS. Эту плату устанавливают в параллельную шину ввода/вывода устройства управления задачей. Плата осуществляет обмен информацией через буфер двойного порта.

Эта плата включает в себя четырехканальный оптоволоконный разветвитель для соединения по схеме «точка-точка» четырех приводов. На одном устройстве управления задачей АРС можно использовать до трех плат DDCS с объемом памяти 1 или 2 Кбайт.

Адресное пространство ввода/вывода, зарезервированное для плат интерфейса DDCS, составляет 3 Кбайт.

Плата связи DDCS имеет 9 подчиненных каналов с помощью которых происходит обмен данными между приводами (иверторами) и тиристорным блоком питания.

Шина данных DDCS имеет кольцевую  топологию. В качестве дополнительного оборудования имеются блоки распределенного разветвления DDCS. Они реализуют конфигурацию шины «звезда», обеспечивая возможность отключения инвертора ACS 800 (одного или более) без нарушения системы в целом.

Платы и шины связи представлены в приложении 6.

 

2.2.2. Интерфейсы оператора

 

Оборудование управления оператора  состоит из следующего:

–  устройства защиты;

– традиционные устройства управления: нажимные кнопки и потенциометры;

– персональный компьютер для управления станком;

Отдельные устройства управления, как  например нажимные кнопки, потенциометры и т.д. можно использовать для управления с пульта управления. Они подключаются к местному вводу/выводу в аппаратуре управления электроприводами или к дистанционному вводу/выводу на пульте управления, который подключен к контроллеру с помощью шин связи.

 

 

2.2.3. Диспетчерская система управления станком

 

Управление продольно-резательным  станком осуществляется с помощью  монитора, клавиатуры и трекбола персонального  компьютера. Управления, связанные с работой станка, такие, как установление рабочих параметров и мест останова и управление перемещением ножей, осуществляются посредством монитора персонального компьютера. Управления движениями станка и разные запуски осуществляются с помощью клавиатуры CKS. (Некоторые функции можно осуществить посредством обоих вышеупомянутых устройств).

Диспетчерская система (рис. 2.5) представляет собой работающее в персональном компьютере программное обеспечение. Персональный компьютер  оператора непосредственно подключен к контроллеру фирмы Siemens по магистрали Profibus. Контроллер собирает из магистрали переданные оператору фактические значения электропривода и  передает команды оператора через плату связи Profibus Adapter (шина FildBus) на контроллер Advant АС-80. Через плату связи DDCS Branching Unit идет обмен данными между частотными преобразователями и  Advant АС-80 по шине DriveBus (оптоволокно).  

Система управления WindControl продольно-резательного станка состоит из многих частей, т.е. пакетов, с помощью которых оператор дает предварительно обработанное задание и общается с контроллером Siemens. В свою очередь контроллер Siemens передает следующие основные параметры контроллеру Advant АС-80:

– задание натяжения полотна, Н*м;

– задание скорости раската и станка, м/мин;

– начальный диаметр раската, м;

– сила намотки, Н;

– диаметр рулонов, м.

Эти параметры распределяются по частотным  преобразователям.

Преобразователем частоты ACS 800 можно управлять:

•    Местно, с его пульта управления или из программы DoveWindow персонального компьютера.

•    Дистанционно, через разъемы ввода/вывода на плате NIOC или через соединения шины fieldbus на плате NAMC.

Система WindControl  – это инструмент оператора для управления продольно-резательным станком и контроля качества рулона. Система следит за управлениями станком, приводом и рабочими параметрами. Удобное для пользователя программное оборудование и интерфейс пользователя MMI (Man Machine Interface – человеко-машинный интерфейс) позволяют гибкую эксплуатацию станка. WindControl вычисляет и отправляет нужные для намотки нормативные значения к исполнительным механизмам. Математические формулы вычисления нормативного значения обработаны фирмой Валмет для достижения наиболее хорошего результата намотки. Наиболее значительные применяемые при намотке данные сохраняются на жестком диске, чтобы делать возможным их рассмотрение позже.

Технические данные

Нормативные значения: WindControl вычисляет округления и рампы всех кривых нормативного значения продольно-резательного станка. В системе WindControl вычисляются следующие нормативные значения:

• Скорость;
• Натяжение полотна;
• Натяжение ремней;
• Намоточная сила;
• Нагрузка прижимного вала.

Автоматический останов

В режиме автоматического останова диапазонами отклонений являются следующие: +/- 20 м при остановке по длине  намотанного полотна, +/- 50 м при остановке по длине разматываемого полотна, +/- 2 мм или 20 слоев бумаги при

Измерения:  WindControl вычисляет измеренные значения с помощью датчиков, размещенных на продольно-резательном станке, и полученных от привода данных.

 Измеренные значения перечислены ниже:

• Скорость полотна;
• Разность между окружной скоростью ножей и скоростью полотна;
• Суммарное натяжение;
• Нагрузка прижимного вала;
• Давление снижения нагрузки прижимного вала;
• Разность между окружной скоростью прижимного вала и скоростью рулона;
• Диаметр разматываемого рулона;
• Диаметр намотанного рулона;
• Длина бумаги на разматываемом рулоне;
• Длина бумаги на намотанном рулоне;
• Плотность полотна на разматываемом рулоне;
• Плотность полотна на намотанном рулоне;
• Момент тамбурного вала;
• Разность между окружными скоростями заднего и ременного вала;
• Момент ременного вала;
• Момент и окружная скорость заднего вала;
• Намоточная сила;
• Разность натяжений между лицевой и приводной стороной;
• Профиль натяжения;
• Ток привода ножей.

Длина полотна и диаметр рулона вычисляется на основе количества оборотов рулона и вала. Плотность полотна вычисляется на основе измеренной толщины бумаги и введенного оператором массы на квадратный метр. Толщина бумаги измеряется отчетом слоев бумаги на рулоне.