西门子S7-300系列PLC及AB753系列变频器在薄膜单向拉伸生产线上的应用

张 伟，宋晓亮，童 慧

(北京机械工业自动化研究所，北京 100120）

0 引言

随着国家对新能源政策的大力扶持，锂电池隔膜作为动力锂电池的关键内层组件材料对电池的循环能力，容量，安全性都起着极其重要的作用。薄膜单向拉伸设备是属于干法单向拉伸工艺，它是通过生产硬弹性纤维的方法，制备出低结晶度的高取向聚丙烯或聚乙烯薄膜，在高温退火获得高结晶度的取向薄膜。由于我国受国外专利保护及知识产权方面的制约，国内采用单向拉伸方法制备隔膜的工业化进展很慢。经过多年的努力，我们自主研发的单向拉伸生产线实现了干法单向拉伸工艺锂离子动力电池隔膜的规模化生产，可同时拉伸16层以上的基膜（总厚度250μm以上），在大幅提高生产效率的同时大大降低了生产成本。该生产线单条的年产量约7千万平米，并且能够生产不同厚度、不同层数的薄膜，运行平稳，各项功能、性能指标均达到工艺要求，开辟了特种膜生产线领域的新市场，赢得了业界的广泛赞誉和一致好评。本文主要在薄膜单向拉伸生产线的设备基本组成及工作原理，对不同品牌电气控制系统的集成，和系统之间通讯的实现进行了详细的介绍。

1 薄膜单向拉伸生产线的设备基本组成以及工作原理介绍

薄膜单向拉伸生产线设备分为六大部分，分别为放卷机、纵拉机、牵引机、浮动辊装置、跟踪装置和收卷机。PP薄膜单向拉伸工艺是与PP薄膜双向拉伸工艺并存的一种拉膜方式，此种工艺生产的PP薄膜晶体取向一致性好，被广泛用于动力电池生产中。PP薄膜要求通过此设备经过二次加工后，拉伸后最大厚度达到0.5mm，并且要使用低张力整齐地卷在收卷机上。

下面简要介绍一下它的工作原理。

图1 薄膜单向拉伸生产线设备图

设备如图1所示，设备生产的基本流程为：将需要二次加工的膜卷放置于放卷机上，将膜片根据工艺路径依次贯穿纵拉机的各辊筒，再将从纵拉机出来的膜片依次经过牵引机、浮动辊装置、跟踪装置，最后进入收卷机进行收卷，即完成了工艺流程。放卷机实现膜片在一定张力下的放卷，纵拉机实现对膜片的拉伸和成型，牵引机实现对成型膜片的牵引，浮动辊装置、跟踪装置和收卷机实现对膜片的低张力收卷作业。

2 主要设备的控制系统配置

本系统不但对机械设备的加工和精度要求非常高，而且对电控系统的控制精度要求也是非常苛刻的，由此我们进行的详细的设备选型，最终我们第一次选用罗克韦尔AB公司的工程型高性能753系列变频器，配合西门子S7-300系列PLC进行系统集成和应用。

3 西门子PLC与AB753变频器之间的DP通讯实现

AB753系列变频器通过总线插件方式接入profibus-DP总线，S7-300PLC利用其总线访问权，读取或改写变频器的状态。由于这是国内第一次实现两个系统通过profibus-DP通讯，所以下面我着重详细的介绍一下它们是如何实现的。

3.1 变频器参数设置

1）命令通道的设置

通过通讯给定速度：

在变频器的“命令”菜单里，当变频器的第4个插槽插上通讯卡后，给定通道的选项里会新增一项选项：通信卡。PLC程序中通过Profibus-DP通讯给定速度，则将给定通道选择为“通信卡”。速度基准值P545选为通讯板端口4 参数设为P874

2）读写参数的设置

在变频器的“通信” 菜单里，前两个子菜单分别是DataLink1

DL From Net 01（参数1）（即变频器发送给PLC的数据）和DataLink2

DL To net P2（即PLC发送给变频器的数据）。通过对这两个子菜单的设置，我们可以实现变频器和PLC之间的数据交换。

综上，完成变频器通讯参数的设置后，完成PLC的Profibus-DP通讯配置后即可从以上通道读写控制AB753变频器。

3.2 Profibus-DP网络组态配置

对于任何从站设备，如果对于西门子PLC Profibus-DP网络是第三方设备，它都需要一个GSD文件，这个GSD文件起到一个识别其身份、分配其功能的作用。所以在Step-7软件的硬件配置画面（Hardware Config），选择菜单Options下的Install New GSD...选择753的GSD文件（20-750-PBUS_01_002_03_GSD）

3.3 组态配置

在硬件配置画面（Hardware Config）点击配置过GSD文件的753变频器图标文件，下方窗口出现分配地址，如图2所示。

图2 地址分配

分配的地址共分两部分，Slot1显示的是Profibus-DP通讯的PKW区域，占4个输入字和4个输出字。它们分别是PIW256、PIW258、PIW270、PIW272，和PQW256、PQW258、PQW270、PQW272。

Slot2显示的是Profibus-DP通讯的自定义PZD区域，占2个输入字和2个输出字。它们分别是：PIW264…PIW266，和PQW266…PQW266。

3.4 变频器数据读写

上述组态配置中Slot2即Profibus-DP通讯的PZD区域，所对应的就是我们在“变频器参数设置”中所涉及的DL From Net与DL TO Net参数。图3是程序中变频器与PLC数据通讯的格式：

通过上述DB1与PIW/PQW相关数据，PLC能够通过对DB10的数据处理完成对AB753变频器的远程操作。

图3 数据通讯格式

4 结束语

目前此套薄膜单向拉伸设备为国内隔膜唯一进行量产的单向拉膜生产线，经过长时间的生产运行，证明该西门子PLC和AB变频器的电控配置系统运行稳定，速度精度高，收放卷张力也满足工艺要求，达到了此前控制系统的设计要求。这条生产线的投入运行也使我所在薄膜单向拉伸生产线设备领域上走在了国内同行的前列。

[1]尹燕平.双向拉伸塑料薄膜[M].北京:化学工业出版社，1999.8.

[2]崔坚.西门子工业网络通讯指南（上、下）[M].机械工业出版社,2005.

[3]胡寿松.自动控制原理(第3版)[M].国防工业出版社,1995.