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湖南嘉普云自动化设备有限公司
面临挑战
在激烈竞争的造纸行业，企业为了降低成本和获得更多利润，必须要进行规模化的、连续的生产。随着造纸机械工艺的不断改进，纸机向宽幅、高速化方向发展已成为趋势，因此，对纸机传动系统的性能也提出了更高的要求。传动控制系统性能的好坏是决定一台造纸机能否高效率、高质量进行连续生产的前提。传动控制系统要求在运行期间保持速度恒定、负荷均衡，以保证纸张品质的*。除了对于系统稳定性好和可靠性高的要求之外，对于大型纸机来说，在发生故障时供货商的及时响应、日常维护简单、维护成本低、备件充分等，也显得非常重要。一家优秀的供应商不仅仅是提供先进的技术和产品，更是需要想客户之所需，而西门子凭借其在造纸行业众多大型项目的经验积累，能够为中国客户量身定制基于全生命周期的纸机电气传动控制系统的全集成解决方案，这也是西门子能在强大的竞争对手中脱颖而出，获得APP认可的原因。
西门子传动解决方案
西门子将为宁波亚洲浆纸业4号纸机和两台复卷机提供包括214台电机、220个逆变器、整流单元、整理回馈单元、自动化控制站以及变压器等产品，采用基于SIMATIC S7-400 PLC的PCS 7过程控制系统和SIPAPER传动系统的全集成传动解决方案，并将负责所供设备的安装指导和调试。
传动系统
造纸机传动控制是一个控制点多、结构非常庞大的系统。需要控制的部件包括饰面辊、真空伏辊、驱网辊、导网辊、真空反压辊、光压辊、烘缸、卷纸机、匀浆辊、唇板、损纸搅拌器、张紧器、冲水管、输油泵、刮刀和副臂等。由于造纸机生产过程是由网部、压榨部、干燥部、压光部、卷纸部等连续复杂过程组成的多变量、多参数系统，影响传动系统的因素很多，例如张力、速度、电流、电压等，还需考虑负载的不确定性，多电机间性能的不匹配，多电机之间存在藕合等情况。因此，造纸机的传动控制要求系统能够实现速度链控制和负荷分配控制。例如网部真空伏辊、驱动辊、*导网辊和光压上、下辊这两组之间要求速度同步的同时要求负载均衡，否则会影响正常抄纸。当负荷不能均匀分布时，有可能撕坏毛布或造成断纸，所以在这个传动组合中的各自传动点之间实施负荷分配自动控制功能。
现代化的生产需要以较低的成本输出更大的生产率，西门子的新一代高性能驱动产品SINAMIC S S120变频器可以帮助企业实现目标。它易于组态，有助于缩短项目完工时间；出色的动态响应和精度允许大生产率的更高循环速率。同时，S120是集V/F控制、 矢量控制、伺服控制为一体的多轴驱动器，具有模块化的设计。所有 SINAMICS S120 部件（包括电机和编码器）均通过一个被称为 DRIVE-CLiQ 的串行连接接口进行相互连接。采用标准化电缆和连接器，降低了不同部件的种类，并削减了库存成本。与其他同类产品相比，S120变频器具有如下优势：
? 采用新一代的传动技术，功能更强大，更高效节能；
? 结构紧凑，大大减小了电柜数量，减少了成本；
? 标准化设计，模块化设计，更易于替换和维护；
? 计算机辅助设计并优化的的柜内散热布置；
? 同级产品小噪音，低发热量，降低空调设计投入；
? 传动精度高、响应速度快，保证纸幅平稳运行。
传动系统图
控制系统
纸机控制系统采用基于SIMATIC S7-400 PLC的PCS 7过程控制系统，配以具有极高的处理速度、强大的通讯性能和的CPU资源裕量的SIMATIC S7-400作为中央控制单元。利用PROFIBUS-DP现场总线协议通信格式实现PLC与变频器的通信功能，提高系统抗干扰的能力并减少接线；采用稳定可靠、带有PROFIBUS-DP接口的OP277操作屏进行现场操作，可以直接接入DP网络中。
系统配置图
SIPAPER传动解决方案
为满足造纸行业对于可用性高、能源效率高、操作和维护简便以及投资安全保障的要求，西门子为客户量身定制了SIPAPER传动解决方案。它采用了针对系统摄动优化的能源效率系统设计，减少不必要的能源消耗。在纸机高速运转时需要避免纸张断裂，SIPAPER方案通过优化级联控制和加速受控的起动技术，可以有效减少断纸的发生，提高产能。由于采用统一的传动系统、电源和处理电路技术，有助于减少生产关停情况。
SIPAPER传动系统解决方案是基于模块化和服务友好的图形用户界面软件架构。它能与西门子的其他自动化解决方案——SIPAPER CIS DCS（分布式控制系统）、SIPAPER CIS的QCS（质量控制系统）和SIPAPER CIS电源系统（能源供应），实现*融合。所有驱动器的功能都具有可扩展性，为日后的修改和扩展提供便捷。具有强大的在线帮助功能，为工程系统、操作和监控系统提供有力的支持。SIPAPER传动解决方案软件标准，包括设定值级联、负荷分配调节器、纸幅自动接头、端部张紧、波动很小。
项目总结
作为制浆与造纸业解决方案、系统、产品和服务的全球提供商，西门子通过全面优化的产品组合及符合成本效益的解决方案，为造纸业客户带来成功。独有的全集成自动化理念，使得西门子能为客户提供造纸厂生产全周期的解决方案。西门子制浆造纸部中国团队基于对客户的深入沟通和了解，为其提供定制化的产品和服务，为客户提高产能、降低能耗和维护成本提供了强大的支持。对于客户棘手的维护难问题，西门子提供了故障及时响应服务，并提供备件共享，在*时间提供故障分析报告，尽大努力缩短延误工期。正是基于先进技术理念和对本地化服务的重视，西门子与客户建立了良好的长期合作关系。
1. FM458-1DP的S7通讯
S7通讯是SIEMENS S7 系列PLC的一种优化通讯协议，主要用于PLC各站点之间基于MPI、PROFIBUS、ETHERNET网络的主站与主站的通讯，以及PLC与HMI站、OPC服务器等上位机之间的通讯。S7通讯会占用PLC的通讯资源，PLC的CPU参数里有S7通讯资源的个数，也就是这个CPU所能建立的大S7通讯连接数。
FM458-1DP是在能够在S7 400机架上工作的D7家族产品，性能与TDC一样，小循环周期可达0.1ms，可以用来处理高动态的控制任务。FM458-1DP本身也支持S7通讯，可以与其它PLC或者PC站建立S7通讯连接。但是FM458-1DP的S7通讯与TDC系统不一样，不需要用户调用功能块来建立并维护S7通讯；通讯本身是由操作系统来维护的。
2. 可以使用以下方法来访问FM458-1DP
2.1 通过400CPU的MPI或DP接口建立S7连接
通讯伙伴（WinCC，OPC，PLC等）可以通过400CPU的MPI口或DP口建立与FM458-1DP的S7连接。CPU不直接参与通讯仅做为通讯双方的中介。
图1 通过400CPU MPI或DP口连接FM458-1DP
使用OPC Scout 通过CP5711建立与FM458-1DP的S7通讯。其中CPU的DP地址为4，FM458-1DP位与400机架的第8槽。首先在Configuration Console 中配置访问点，如下图所示：
图2 配置访问点
在FM458-1DP中编程建立可访问的DB块DB1，并且建立两个Real型变量，*个设置为读取，第二个设置为写入。
图3 在FM458-1DP中编写DB1
在OPC Scout中建立非组态的连接来测试通讯，格式为：
S7:[<connectionname>|<VFD>|<accesspoint>|<Local TSAP>,<stationaddress>,
< RemoteTSAP>,<Mode>]<dataelement>
| 参数名称 | 含义 |
| <connectionname> | 连接名称，不同的连接名称不能重复 |
| <VFD> | 固定为VFD2 |
| <accesspoint> | 访问点 |
| <Local TSAP> | 本地 TSAP，固定为02.00 |
| <stationaddress> | 访问地址 |
| < Remote TSAP> | 远程 TSAP，03.08 含义为：单边S7连接，槽号为8 |
| <Mode> | 连接模式，这里固定为1 |
| <dataelement> | 访问的数据区，这里为DB1,realX |
表1 非组态连接参数含义
在本例中参数设置如下：
S7:[S7-unproj-connection_1|VFD2|CP_L2_2:|02.00,04,03.08,1]DB1,real0
S7:[S7-unproj-connection_2|VFD2|CP_L2_2:|02.00,04,03.08,1]DB1,real4
测试结果如下：
图4 OPC Scout监视
图5 FM458-1DP监视
可以在线监视FM458-1DP的信息，在Commication标签中可以看到FM458-1DP的S7资源使用情况。从图中可以看到FM458-1DP总共有16个S7资源，其中一个被PG监视占用，另外两个被OPC Scout中建立的S7连接所占用。
图6 FM458-1DP通讯资源
2.2 通过CP443-1建立基于以太网的S7连接
图7 通过CP443-1建立与FM458-1DP的S7连接
在400机架上安装CP443-1以太网通讯模块，通讯伙伴可以与FM458-1DP建立基于以太网S7连接。CP443-1的IP地址为192.168.0.24。FM458-1DP位于400机架的第8槽。
更改访问点：
图8 更改访问点
在OPC Scout中建立非组态的连接来测试通讯，建立的连接为：
S7:[S7 _1|VFD2|CP_L2_2:|02.00, 192.168.0.24,03.08,1]DB1,real0
S7:[S7 _2|VFD2|CP_L2_2:|02.00, 192.168.0.24,03.08,1]DB1,real4
图9 OPC Scout监视
图10 FM458-1DP监视
同样如果使用带PN口的CPU，也可以通过CPU集成的以太网口建立基于以太网的S7连接，方法与使用CP443-1相同。
2.3 通过FM458-1DP的集成DP口建立S7连接
也可以通过FM458-1DP的集成DP口来建立与通讯伙伴的S7连接，方法与使用CPU集成DP口相同。
