基于S7-400PLC造纸机电气系统设计

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基于S7-400PLC造纸机电气系统设计
Abstract—UsingtheSIEMENSPROFIBUSProtocolrealizethecommunication
S7-400PLCwithABBACS800invert,finishthespeedchainandload
distributecontrolfunction.Thecontrolsysteminpapermachineachievea
highprecisionandstability.Fulfilltherequiringoftheprocessin
papermachine.Thepracticeprovedthat,thisstructurecontrolmodemay
applytothelarge-scaleandhighspeedpapermachineelectricity
transmissioncontrol
Keywords—inverter PLC protocol systemdesign papermachine
摘要
系统利用西门子PROFIBUS总线通讯协议格式，实现S7-400PLC与ABBACS800变频器
的通讯，完成造纸机速度链、负荷分配等控制功能，在造纸机传动中取得了较高的控制精度和
稳定性，充分满足造纸机生产的需要。实践证明，该结构控制方式可应用于大型、高速纸机的
电气传动控制。
关键词 变频器，PLC，协议，系统设计，造纸机
1. 引言
在纸机电气控制系统设计时，考虑到造纸机传动系统的特殊性，所以既要满足纸机传动
控制系统的可靠性和良好的控制精度与稳定性，又要降低控制系统造价的原则。因此，我们选
择西门子S7-400PLC和ABBACS800全数字多功能矢量控制变频器，利用PROFIBUS协议通信
格式实现PLC与变频器的通信功能，组成该机的控制系统。
1.1ACS800系列变频器简介：
ACS
800系列变频器是ABB公司采用直接转矩控制（DTC）技术，结合诸多先进的生产制造
工艺推出的高性能变频器。它具有很宽的功率范围，优良的速度控制和转矩控制特性。完整的
保护功能以及灵活的编程能力。因而，它能够满足绝大多数的工业现场应用。DTC技术是
ACS
800 的核心：直接转矩控制对交流传动来说是一个最优的电机控制方法，它可以对所有
交流电机的核心变量进行直接控制。它开发出交流传动前所未有的能力并给所有的应用提供了
益处。
1.2PROFIBUS概述及协议分析
PROFIBUS是Process
Fieldbus 的缩写，是由德国西门子公司提出的一种现场总线标准，现在已成为了一种国
际性的开放式现场总线标准,
即 EN50-170 欧洲标准。目前世界上许多自动化技术生产厂家都为它们生产的设备提供
PROFIBUS 接口。PROFIBUS 已经广泛应用于加工制造、过程和楼宇自动化，应用范围非常广
泛。
PROFIBUS以其先进的技术和非凡的可靠性代表了当今现场总线的发展方向。
PROFIBUS根据应用特点分为PROFIBUS—DP，PROFIBUS—FMS，PROFIBUS
—PA。三个版
本，分别用于不同的场合。
PROFIBUS 是一种现场总线，因此可以将数字自动化设备从底级(传感器／执行器)到中
间执行级(单元级)分散开来。通信协议按照应用领域进行了优化，故几乎不需要复杂的接口即可
实现。参照ISO／OSI参考模型，PROFIBUS只包含第l，2,分享专业智慧，相聚电气天下
和7层。PROFIBUS协议层或子层说明如下：
1)、PROFIBUS第1层
第 1 层—PHY：规定了线路介质、物理连接的类型和电气特性。PROFIBUS 通过采用差
分电压输出的RS485实现电流连接。在线性拓扑结构下采用双绞线电缆。树型结构还可能用到
中继器。
2)、PROFIBUS第2层
第2层—MAC：第2层的介质存取控制(MAC)子层描述了连接到传输介质的总线存取方
法。PROFIBUS采用一种混合访问方法。由于不能使所有设备在同一时刻传输，所以在
PROFIBUS 主设备(masters)之间用令牌的方法。为使 PROFIBUS 从设备(slave)之间也能
传递信息，从设备由主设备循环查询。
PR0fIBUS第2层FlC：第2层的现场总线链路控制(FLC)子层规定了对低层接口(LLl)有
效的第2层服务，提供服务访问点(SAP)的管理和与LLI相关的缓冲器。
PROFIBUS 第 2 层 FMAl／2：第 2 层的现场总线管理(FMAl／2)完成第 2 层(MAC)特定
的总线参数的设定和第1层(PHY)的设定。FLC和LLI之间的SAPs可以通过FMAl／2激活或
撤消。此外，第1层和第2层可能出现的错误事件会被传递到更高层(FMA7)。
3)、PROFIBUS第3—6层
第 3—6 层在 PROFIBUS 中没有具体应用，但是这些层要求的任何重要功能都已经集成
在“低层接口”(LLI)中。例如，包括连接监控和数据传输的监控。
4)、PROFIBUS第7层
PROFIBUS 第 7 层 LLI：低层接口(LLI)将现场总线信息规范(FMS)的服务映射到第 2 层
(FLC)的服务。除了上面已经提到的监控连接或数据传输，LLI还检查在建立连接期间用于描述
一个逻辑连接通道的所有重要参数。可以在 LLI 中选择不同的连接类型，主／主连接或主／从
连接。数据交换既可是循环的也可是非循环的。
PROFIBUS 第7 层FMS：第 7 层的现场总线信息规范(FMS)子层将用于通信管理的应用
服务和用于用户的用户数据(变量、域、程序、事件通告)分组。借助于此，才可能访问一个应用
过程的通信对象。FMS主要用于协议数据单元(PDU)的编码和译码o
PROFIBUS第7层fMA7：与第2层类似，第7层也有现场总线管理(FMA7)。FMA7保
证FMS和LLI子层的参数化以及总线参数向第2层(FMAl／2)的传递。在某些应用过程中，还
可以通过FMA7把各个子层的事件和错误显示给用户。
5)、PROFIBUSALI
ALI：位于第 7 层之上的应用层接口(ALI)，构成了到应用过程的接口。ALI 的目的是将
过程对象转换为通信对象。转换的原因是每个过程对象都是由它在所谓的对象字典(OD)中的特
性(数据类型、存取保护、物理地址)所描述的。
2. 系统的控制网络组成
要想组成PROFIBUS网络，必须有两个条件。主站的网络组态工具和从站的GSD文件，分享专业智慧，相聚电气天下
两者缺一不可。主站的网络组态工具是一个网络组态软件，用来将各个站组成网络，设置网络
参数和站的参数，并将已设置好的网络组态传送给主站。GSD文件称为设备数据库文件。对一
种设备类型的特征 GSD 文件以一种准确定义的格式给出其全面而明确的描述。GSD 文件由生
产厂商分别针对每一种设备类型准备并以设备数据库清单的形式提供给用户，此种明确定义的
文件格式便于读出任何一种PROFIBUS设备的设备数据库文件，并且在组态总线系统时自动使
用这些信息。在组态阶段，系统自动地对输入与整个系统有关的数据的输入误差和前后一致性
进行检查核对。
在组网时，必须先把你所须的从站的GSD文件装载到网络组态工具里。这样在网络组态
工具里就有了你所须的从站的选项。用网络组态工具建一个你所需要的网络，并设置网络参数，
然后在网络上添加你所须的站，并设置站的参数，最后把设置好的网络组态传送给主站，这样
就组建好了一个PROFIBUS网络。本控制系统结构图如图1所示。
系统选用 ABB 公司 ACS800 直接转矩控制（DTC）变频器，以 PLC 为控制中
心，
PLC通过PROFIBUS-DP现场总线与变频器构成DCS控制系统。PLC与上位机、现场触
摸屏、变频器实行PROFIBUS高速通讯。
传动部下位控制中心为西门子 S7-400 PLC，在 PROFIBUS 现场总线上 S7-400
PLC是主站，选用CPU414-2
DP，有强大的通讯功能，自身带有一个PROFIBUS-DP接口，可与变频器及操作现场触
摸屏采用 PROFIBUS-DP 总线实现高速通讯，完成整个纸机传动过程中的速度链、负荷分配、
张力控制等功能。PLC 接受上位机优化控制指令，可以根据纸张生产品种自动调节各分部速度
以适应生产需求。同时PLC将各分部运行参数送往上位机，以便及时了解生产状况。

您好，关于"基于S7-400 PLC造纸机电气系统设计"，这是一个专业且技术性的主题。S7-400是西门子的一款高级可编程控制器（PLC），常用于工业自动化控制中，尤其适合大型和复杂的系统，如造纸机。 在造纸机的电气系统设计中，S7-400 PLC会扮演核心角色。它通过预设的程序逻辑（即梯形图或功能块图），控制纸机的各个环节，比如原料处理、混合、压榨、干燥和切割等过程。这个设计可能包括电机驱动控制、安全保护机制、生产数据监控以及故障诊断等功能，以确保整个造纸流程的高效、稳定和安全运行。 如果您有关于具体的设计步骤、编程语言使用、接口配置或者遇到的问题，欢迎详细提问，我会尽我所能提供帮助。