西门子S120单轴控制器在整体式皮带秤上的应用

魏建建

摘 要：Sinamics S120是西门子公司推出的全新驱动控制系统，它可以用来控制多种类型的电动机，其调速功能精确可靠，强大的定位功能还可以实现进给轴的绝对、相对定位。我们将西门子S120单轴控制器应用于无纺布设备的整体式皮带秤部分，提高了物料输送皮带调速的精确性及可靠性。本文介绍了该控制功能实现的具体方案，详细说明了整个电气硬件的配置、伺服电机的调试及控制程序的编写等。

关键词：西门子S120单轴控制器；皮带秤；无纺布设备

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.11.222

0 前言

伺服驱动器在发展了变频技术的前提下，在驱动器内部的电流环，速度环和位置环都进行了比一般变频更精确的控制技术和算法运算，在功能上也比传统的变频控制强大很多，将电压信号转化为转矩和转速以驱动控制对象，实现了位置，速度和力矩的闭环控制，能够快速响应指令，加减速更快捷更高效，主要的一点就是可以对位置进行精确控制。目前伺服控制功能已经在各类流水线设备上广泛应用，可以使控制系统相较于之前的变频控制在性能达到一个全新的水平，包括更精确的调速及定位、更高的生产率、更好的可靠性和更长的寿命。本文以西门子S120单轴控制器应用于无纺布流水生产线皮整体式带秤部分为例，对其具体的实现过程进行阐述。

1 SINAMICS S120控制系统简介

SINAMICS S120是西门子公司推出的全新的集V/F、矢量控制及伺服控制于一体的驱动控制系统，它不仅能控制普通的三相异步电动机，还能控制同步电机、扭矩电机及直线电机。SINAMICS S120具有模块化设计，可以提供高性能的单轴和双轴驱动，功率范围涵盖0.12 kW–4500kW，具有广泛的工业应用价值。由于其具有很高的灵活性能，SINAMICS S120可以完美的满足应用中日益增长的对驱动系统轴数量和性能的要求。这里我们在整体式皮带秤上应用的S120单轴控制器就利用了其精确可靠的调速功能，以及强大的定位功能。

2 整体式皮带秤的电气配置及控制原理

整体式皮带称电气控制系统采用西门子CU310-2PN单轴控制器、S7-1200可编程序控制器和KTP700PN触摸屏来控制。西门子CU310-2PN为单轴控制单元，配置在功率模块上提供通讯和开环/闭环控制功能。S7-1200可编程序控制器由1个1215C模块，自带14个数字量输入、10个数字量输出、2路模拟量输入、2路模拟量输出组成。KTP700PN触摸屏作为西门子新一代精简面板，是带PROFINET通讯的7寸触摸加按键类型的触摸屏。为了提高克重标定的精度，我们采用杰曼GM系列称重仪表配合称重传感器来检测标定称重杆上的物料重量。

3 整体式皮带秤电气控制系统的实现过程

3.1 控制程序的编写调试

整体式皮带秤的启动、停止由下级梳理设备给予的进料启动信号控制，下级梳理设备进料启动信号到达后，皮带秤及其自调匀整功能才能启动。皮带秤先通过配置好称重传感器的称重仪表进行产量标定，根据现场生产的克重要求，对设定克重与实际克重进行比较，经由PLC可编程控制器内的算法来调整进入喂料点的速度。在设定克重不变的情况下，皮带秤称重秆上原料重量变轻时，到喂入点时速度加快；调速比增大时，到喂入点速度加快的幅度加大；重量变重、调速比减小时，则反之。我们基于以上控制流程编写PLC程序，通过西门子博图V13软件建立设备组态，组态PRIFINET通讯成功以后就可以进行相关PLC程序的调试。

西门子S-1200PLC与CU310-2PN单元之间通过PROFINET IO可进行周期性及非周期性数据通讯，使用S7功能块DPWR_DAT和DPRD_DAT，S7-1200PLC通过PROFINET周期性通讯方式可将控制字和主设定值发送至驱动器，并从驱动器读取状态字和实际值。

3.2 基于西门子S120控制器的伺服调试

PLC控制程序调试完毕后，我们需要对伺服电机进行调试，这里我们使用西门子SCOUT4.5软件对S120伺服控制器进行调试。CU310-2PN驱动器使用PROFINET通讯方式，连接网线通讯正常以后，即可打开SCOUT4.5软件配置好通讯参数，然后通过软件侧“Automatic Configuration”功能自动组态读取驱动装置。驱动装置读取完毕后就可以设置电机参数。

由于该皮带秤设备使用是第三方电机（非西门子电机）及编码器，所以需要手动配置电机及编码器的基本参数，还需要对进行电机初始相位角进行识别。电机初始相位角识别成功后，打开软件侧“Control Panel”控制面板给电机施加使能，写入速度即可旋转。为了提高电机运转时的精确性、可靠性，加快响应的同时减小电机抖动、克服电机啸鸣，可以通过软件侧提供的“Trace”功能观察电机运动曲线来对电流环、速度环等系数进行手动调整。另外稍高版本的S120还提供了自動优化功能，在软件侧选择“Automatic controller setting”功能选项，通过自动优化功能可以自动识别电流环，正负向负载测量，自动设置速度环参数等。系统在自动优化后，可以满足一般伺服控制场合的动态要求。

通过上述操作，完成对皮带秤伺服电机的调试工作。

4 结束语

目前，伺服控制已经在各类流水线生产设备上广泛应用，使设备的控制系统提高了一个层次，更加可靠高效，扩展性、开放性也更好。我们将西门子S120单轴控制器应用于无纺布设备的整体式皮带秤部分，提高了物料输送皮带调速的精确性及可靠性。相较于之前采用的变频控制，该皮带秤设备输送物料的实际克重与设定值更加吻合，提高了设备的生产率、稳定性，可靠性也得到了加强。

参考文献：

[1]STEP7 Professional V13.0系统手册[S].西门子自动化.

[2]S120参数手册（ S120 list manual）[S].西门子自动化.

[3]S120调试手册（ SINAMICS S120 commissioning manual）[S].西门子自动化.