西门子Sinamics S120在浮法玻璃流道闸板控制系统中的应用
系统方案设计
浮法玻璃生产线是一个庞大的生产系统，现场采西门子S7-400H DCS系统，监测和控制整个生产线的运行。两套S120做为DCS系统的Profibus DP 从站，分别控制两套流道闸板。同时为了保证系统的可靠性，设置了本地、远程切换功能。在远程工作模式时，进行位置控制，由DCS通过Profibus DP通讯，发送目标位置值S120，控制流道闸板上升或下降。在本地工作模式时，进行速度控制，通过连接到S120自身IO的按钮，按下按钮时，流道闸板上升或下降，松开按钮流道闸板停止。系统网络结构图如图1所示。
图1
系统硬件设计
1、硬件配置
S120的控制单元选用CU310-2DP，功率单元选用PM340，配合西门子1FT7高性能电机。CU310-2 DP控制单元设计用于 SINAMICS S120（AC/AC）的通信及开环/闭环控制功能，它和功率模块PM340组合在一起，便构成了一个强大的单轴驱动器。
控制单元CU310-2DP集成了6路可设定的隔离数字量输入和8路可设定的双向非悬空数字量输入/输出，可用于外接按钮或指示装置。
2、电气原理图
利用CU310-2DP自身集成的IO点，可以使流道闸板完全脱离DCS的控制，实现本地控制。同时CU310-2DP自身也集成了DP通讯接口，可以通过DCS实现流道闸板的远程控制。电气原理图如图2所示。本地操作按钮如图3所示。
图2
图3
调试要点
S120系统做为DCS系统的从站，需要与DCS系统进行Profibus DP通讯，DCS系统中必须安装S120的GSD文件，才能在硬件中配置S120。通过GSD文件，使DCS系统中不必安装S120的编程软件，就可以实现S120的硬件配置，大大简化的DCS系统中的工作，并且增强系统的稳定性。S120包含多种DP报文，此项目需用到S120的基本定位功能，所以将S120与DCS的通讯配置成111报文。DCS和S120中的配置如图4、5所示。
图4
图5
同时在S120的配置中，需要激活基本定位功能。S120的基本定位功能主要包括下面几个内容：
点动(Jog)：用于手动方式移动轴，通过按钮使轴运行至目标点。
回零（Homing/Reference）：用于定义轴的参考点或运行中回零。
限位（Limits）：用于限制轴的速度、位置，包括软限位、硬限位。
程序步（Traversing Blocks）： 共64个程序步，可自动连续执行一个完整的程序，也可单步执行。
直接设定值输入/手动设定值输入（Direct Setpoint Input/MDI）：目标位置及运行速度可由上位机实时控制。
在本项目中，利用S120基本定位功能中的MDI（手动设定值输入）功能，可以轻松地通过外部系统来实现复杂的定位功能。MDI有两种工作模式，速度模式和位置模式，可以通过参数P2653参数来在线切换这两种工作模式。P2653为0时，为速度模式；P2653为1时，为位置模式。速度模式是指轴按照设定的速度及加、减速运行，不考虑轴的实际位置。位置模式是指轴按照设定的位置、速度、加/减速运行。位置模式又可分为绝对位置（P2648=1）和相对位置（P2648=0）两种方式，在本项目中，当切换到DCS远程控制时，使用MDI的相对位置模式，当切换在本地控制时，使用MDI的速度模式。主要参数设置如图6所示。
图6
只要使用到位置模式，则回零功能是必不可少的。S120的基本定位功能中包含了回零功能。回零功能只有在使用增量编码器（旋转编码器、正/余弦编码器或脉冲编码器）时需要，因为每次上电时增量编码器与轴的机械位置之间没有任何确定的关系，因此轴都必须被移至预先定义好的零点位置。
S120中回零有三种方式：
● 直接设定参考点（Set Reference）: 对任意编码器均可。
● 主动回零（Reference point approach）: 主要指增量编码器
● 动态回零（Flying Reference）：对任意编码器均可。
直接设定参考点功能，是用户通过程序可设置任意位置为坐标原点。通常情况下只有当系统即无接近开关又无编码器的零脉冲时，或者当需要轴被设置为一个不同的位置时才使用该方式。在本项目中，就是使用回零功能中的直接设定参数点功能。在现场的流道闸板中，安装有一个固定的标尺，如果系统断电后，再重新上电，可以通过人为读取标尺上的位置，然后将此位置设定给S120系统，做为系统的参考点。
为了使DCS和按钮都可以实现控制S120的目的，需启用S120的自由功能块功能，自由功能块包括逻辑运算功能块、算术运算功能块、保存功能块等。利用自由功能块，可以实现简单的逻辑和算术功能。利用自由功能块的逻辑或和逻辑与功能，实现简单的逻辑功能，如图7所示。
图7