西門子S7-300系列PLC及AB753系列變頻器在薄膜單向拉伸生產(chǎn)線上的應用

張 偉，宋曉亮，童 慧

(北京機械工業(yè)自動化研究所，北京 100120）

0 引言

隨著國家對新能源政策的大力扶持，鋰電池隔膜作為動力鋰電池的關鍵內(nèi)層組件材料對電池的循環(huán)能力，容量，安全性都起著極其重要的作用。薄膜單向拉伸設備是屬于干法單向拉伸工藝，它是通過生產(chǎn)硬彈性纖維的方法，制備出低結晶度的高取向聚丙烯或聚乙烯薄膜，在高溫退火獲得高結晶度的取向薄膜。由于我國受國外專利保護及知識產(chǎn)權方面的制約，國內(nèi)采用單向拉伸方法制備隔膜的工業(yè)化進展很慢。經(jīng)過多年的努力，我們自主研發(fā)的單向拉伸生產(chǎn)線實現(xiàn)了干法單向拉伸工藝鋰離子動力電池隔膜的規(guī)模化生產(chǎn)，可同時拉伸16層以上的基膜（總厚度250μm以上），在大幅提高生產(chǎn)效率的同時大大降低了生產(chǎn)成本。該生產(chǎn)線單條的年產(chǎn)量約7千萬平米，并且能夠生產(chǎn)不同厚度、不同層數(shù)的薄膜，運行平穩(wěn)，各項功能、性能指標均達到工藝要求，開辟了特種膜生產(chǎn)線領域的新市場，贏得了業(yè)界的廣泛贊譽和一致好評。本文主要在薄膜單向拉伸生產(chǎn)線的設備基本組成及工作原理，對不同品牌電氣控制系統(tǒng)的集成，和系統(tǒng)之間通訊的實現(xiàn)進行了詳細的介紹。

1 薄膜單向拉伸生產(chǎn)線的設備基本組成以及工作原理介紹

薄膜單向拉伸生產(chǎn)線設備分為六大部分，分別為放卷機、縱拉機、牽引機、浮動輥裝置、跟蹤裝置和收卷機。PP薄膜單向拉伸工藝是與PP薄膜雙向拉伸工藝并存的一種拉膜方式，此種工藝生產(chǎn)的PP薄膜晶體取向一致性好，被廣泛用于動力電池生產(chǎn)中。PP薄膜要求通過此設備經(jīng)過二次加工后，拉伸后最大厚度達到0.5mm，并且要使用低張力整齊地卷在收卷機上。

下面簡要介紹一下它的工作原理。

圖1 薄膜單向拉伸生產(chǎn)線設備圖

設備如圖1所示，設備生產(chǎn)的基本流程為：將需要二次加工的膜卷放置于放卷機上，將膜片根據(jù)工藝路徑依次貫穿縱拉機的各輥筒，再將從縱拉機出來的膜片依次經(jīng)過牽引機、浮動輥裝置、跟蹤裝置，最后進入收卷機進行收卷，即完成了工藝流程。放卷機實現(xiàn)膜片在一定張力下的放卷，縱拉機實現(xiàn)對膜片的拉伸和成型，牽引機實現(xiàn)對成型膜片的牽引，浮動輥裝置、跟蹤裝置和收卷機實現(xiàn)對膜片的低張力收卷作業(yè)。

2 主要設備的控制系統(tǒng)配置

本系統(tǒng)不但對機械設備的加工和精度要求非常高，而且對電控系統(tǒng)的控制精度要求也是非常苛刻的，由此我們進行的詳細的設備選型，最終我們第一次選用羅克韋爾AB公司的工程型高性能753系列變頻器，配合西門子S7-300系列PLC進行系統(tǒng)集成和應用。

3 西門子PLC與AB753變頻器之間的DP通訊實現(xiàn)

AB753系列變頻器通過總線插件方式接入profibus-DP總線，S7-300PLC利用其總線訪問權，讀取或改寫變頻器的狀態(tài)。由于這是國內(nèi)第一次實現(xiàn)兩個系統(tǒng)通過profibus-DP通訊，所以下面我著重詳細的介紹一下它們是如何實現(xiàn)的。

3.1 變頻器參數(shù)設置

1）命令通道的設置

通過通訊給定速度：

在變頻器的“命令”菜單里，當變頻器的第4個插槽插上通訊卡后，給定通道的選項里會新增一項選項：通信卡。PLC程序中通過Profibus-DP通訊給定速度，則將給定通道選擇為“通信卡”。速度基準值P545選為通訊板端口4 參數(shù)設為P874

2）讀寫參數(shù)的設置

在變頻器的“通信” 菜單里，前兩個子菜單分別是DataLink1

DL From Net 01（參數(shù)1）（即變頻器發(fā)送給PLC的數(shù)據(jù)）和DataLink2

DL To net P2（即PLC發(fā)送給變頻器的數(shù)據(jù)）。通過對這兩個子菜單的設置，我們可以實現(xiàn)變頻器和PLC之間的數(shù)據(jù)交換。

綜上，完成變頻器通訊參數(shù)的設置后，完成PLC的Profibus-DP通訊配置后即可從以上通道讀寫控制AB753變頻器。

3.2 Profibus-DP網(wǎng)絡組態(tài)配置

對于任何從站設備，如果對于西門子PLC Profibus-DP網(wǎng)絡是第三方設備，它都需要一個GSD文件，這個GSD文件起到一個識別其身份、分配其功能的作用。所以在Step-7軟件的硬件配置畫面（Hardware Config），選擇菜單Options下的Install New GSD...選擇753的GSD文件（20-750-PBUS_01_002_03_GSD）

3.3 組態(tài)配置

在硬件配置畫面（Hardware Config）點擊配置過GSD文件的753變頻器圖標文件，下方窗口出現(xiàn)分配地址，如圖2所示。

圖2 地址分配

分配的地址共分兩部分，Slot1顯示的是Profibus-DP通訊的PKW區(qū)域，占4個輸入字和4個輸出字。它們分別是PIW256、PIW258、PIW270、PIW272，和PQW256、PQW258、PQW270、PQW272。

Slot2顯示的是Profibus-DP通訊的自定義PZD區(qū)域，占2個輸入字和2個輸出字。它們分別是：PIW264…PIW266，和PQW266…PQW266。

3.4 變頻器數(shù)據(jù)讀寫

上述組態(tài)配置中Slot2即Profibus-DP通訊的PZD區(qū)域，所對應的就是我們在“變頻器參數(shù)設置”中所涉及的DL From Net與DL TO Net參數(shù)。圖3是程序中變頻器與PLC數(shù)據(jù)通訊的格式：

通過上述DB1與PIW/PQW相關數(shù)據(jù)，PLC能夠通過對DB10的數(shù)據(jù)處理完成對AB753變頻器的遠程操作。

圖3 數(shù)據(jù)通訊格式

4 結束語

目前此套薄膜單向拉伸設備為國內(nèi)隔膜唯一進行量產(chǎn)的單向拉膜生產(chǎn)線，經(jīng)過長時間的生產(chǎn)運行，證明該西門子PLC和AB變頻器的電控配置系統(tǒng)運行穩(wěn)定，速度精度高，收放卷張力也滿足工藝要求，達到了此前控制系統(tǒng)的設計要求。這條生產(chǎn)線的投入運行也使我所在薄膜單向拉伸生產(chǎn)線設備領域上走在了國內(nèi)同行的前列。

[1]尹燕平.雙向拉伸塑料薄膜[M].北京:化學工業(yè)出版社，1999.8.

[2]崔堅.西門子工業(yè)網(wǎng)絡通訊指南（上、下）[M].機械工業(yè)出版社,2005.

[3]胡壽松.自動控制原理(第3版)[M].國防工業(yè)出版社,1995.