1 引言
t400工藝板是西門子smadyn-d全數字控制系統的新一代的工藝類產品。它是為西門子交流傳動裝置（simovert masterdrives converter）和直流傳動裝置（simoreg dc-master converter）設計的標準選件板，可以插到這些傳動裝置的電子箱中，擴展其功能，進行高級工藝控制。
從硬件來看，t400工藝板只是一塊單板計算機，西門子公司為其設計了三套標準軟件包（剪切控制，角同步控制和卷取控制），這三種軟件可以滿足所在領域的廣泛應用。如果有需要，還可以用cfc軟件對這些軟件進行修改以滿足特殊應用。卷取控制（包括收/放卷）選用spw420卷取控制軟件包。
t400工藝板采用的是32位的smadyn-d處理器，具有強大的計算能力和極高的運算速度，它最快的執行周期小于0.8ms，運算數據類型為浮點小數。t400通過雙口ram和傳動裝置交換數據，比其他方式效率更高，所以它適合于對驅動器進行高精度運算和高速控制的場合。
2 接口與連接
2.1 外圍接口
圖1是帶spw420標準軟件包的t400所有外圍接口的示意圖。
圖1 t400外圍接口的示意圖
（1）通訊接口：包括 profibus、peer-to-peer、uss-bus和pc接口；
（2）i/o接口：t400有8個開關量輸入口，2個繼電器輸出口，4個開關量輸出口（可設置成4個開關量輸入口），5個12位模擬量輸入口，2個12位模擬量輸出口；
（3）編碼器接口：兩個用于htl或ttl信號的增量編碼器,為增量編碼器和絕對式編碼器，兩個編碼器接口所準備的位置和速度功能塊可有效地應用于位置定位和速度檢測。
2.2 硬件連接
使用t400工藝板的交流傳動裝置和直流傳動裝置應包含以下組件：
（1）基本模塊（cu）
● 安裝在simovert masterdrives vc/mc中的cuvc模塊/cumc模塊及安裝在早期裝置simovert masterdrives vc/mc中的cu2模塊/cu3模塊。
● simoreg dc-master
基本模塊就是西門子傳動裝置的控制板，例如cuvc為矢量控制變頻器/逆變器的控制板。
（2）通訊模塊（cb）
● profibus通訊模塊cbp/cb1，其中cbp用于使用cuvc基本模塊或cumc基本模塊的裝置，cb1用于使用cu2基本模塊或cu3基本模塊的裝置。
● peer-to-peer/uss通訊模塊scb1或scb2
其中基本模塊（cu）是必備的，t400通過控制傳動裝置中的基本模塊來間接控制傳動裝置，通訊模塊可根據需要選配。cu,t400和cb的安裝位置如下：
圖2 傳動裝置中電子箱示意圖
基本模塊（cu）要安裝在傳動裝置電子箱的安裝位置1（見圖2）；
t400工藝板應該安裝在安裝位置2；
cb1、scb1和scb2應裝在安裝位置3；
cbp則需要裝在adb適配板的低槽位，通過adb適配板裝在安裝位置3；
三個安裝位置中的模塊通過電子箱的底部的總線擴展器（lba）連接。
使用cbp模塊時應注意的是cuvc/cumc控制板本身具有cbp插槽，可以直接將cbp直接安裝在cuvc/cumc控制板上,但是這種連接方式只是把控制板連接在profibus總線上，而不是t400工藝板。這樣連接，plc無法直接控制t400工藝板。
3 組態功能
spw420標準軟件包靈活bico功能可以靈活的將輸出信號與輸入信號連在一起，使得可根據生產過程中的實際要求自由的選擇需要的功能模塊，所構成的應用系統具有較強的可靠性和靈活性。
bico參數是連接器參數，按照信號的流向可以分為出口（source）和入口（destination）,其中出口的參數名可以理解為一個變量地址，入口的參數名可以理解成指針變量。例如：將圖3中功能塊1的輸出值作為功能塊2的給定值。
圖3 連接器參數
kr3155是功能塊1的輸出的bico參數，即功能塊1的輸出值儲存在以kr3155為地址的存儲單元中，h081是功能塊2的輸入的bico參數號，h081的內容是功能塊2的給定值的地址，這樣當使h081=3155，表示功能塊1到功能塊2的信號通道建立起來了。連接器連接是一種軟連接方式，所以一個功能塊的輸出可以同時作為多個功能塊的輸入。
出口bico參數kr3155中，符號kr為參數類型3155為參數號。入口bico參數h081下面的符號kr為入口bico參數類型。
kr表示浮點數，此外還有b—開關量；k—單字長（16位）連接器；kk—雙子長（32位）連接器，只有在出口和入口的bico參數具有相同數據類型時才允許互連。
spw420標準軟件包由大量的獨立功能模塊組成，它將工業控制中常用的控制功能都做成了軟件功能塊（如：卷經計算模塊、動態補償模塊、張力控制模塊等）,用戶可以選擇需要的功能模塊并通過bico功能將它們連接起來，方便的構成自己的張力控制系統。
4 數據交換
4.1 t400工藝板和傳動裝置的數據交換
基本模塊（cu）是直接控制傳動裝置的控制板，所以t400工藝板和傳動裝置的數據交換也就是和控制板的數據交換。
t400工藝板和cu控制板之間的過程數據、參數以及故障/報警的傳遞通過二者間的雙口內存（dual port ram）實現。t400工藝板和cu控制板都周期性的對dual port ram進行讀/寫，完成數據交換。這是一種快速的數據交換方式。
t400上黃色信號燈閃爍表示t400在和cu交換數據，閃爍頻率等于采樣頻率。如果只有紅色信號燈閃爍，黃色信號燈不閃，表示和cu的數據交換有錯誤。其中紅色信號燈閃表示t400中軟件正在運行，它會一直處在閃爍狀態。
t400工藝板插在電子箱后是作為cu的第一塊cbp和cu交換數據的,所以cu和t400交換數據的接口是第一塊cbp的數據接口。
（1）從t400到cu的過程數據：
t400可以向cu傳送10個字（2個控制字+8個給定值），如表1所示：
表1 t400到cuvc的10個過程數據
（2）從cu到t400的過程數據：
cu可以向t400傳送8個字（2個狀態字+6個實際值），如表2所示：
表2 從cu到t400的過程數據
從t400與cu的數據交換可以看出：cu中的數據為整數而 t400中的數據類型為浮點數，數據傳到t400后，或者從t400傳出時會自動進行整數和浮點數間的轉換，16進制數4000h（即10進制數16384）被對應到t400中的1.0（100%）。t400在和plc通過profibus通訊時也會進行同樣的數據轉換。
4.2 t400工藝板的profibus-dp通訊
t400可以通過通訊板（cb1或cbp/adb）同profibus主站（如plc）交換數據，t400工藝板在profibus-dp通訊中只能作為從站。
通訊板的參數設置如：地址、波特率、報文長度等均在基本模塊（cu）上進行。
使用profibus-dp通訊，應使h288=1 profibus enable，ppo類型由h604設定。
t400上綠色信號燈閃爍表示t400在和通訊模塊（包括cbp/cbp1,scb1/scb2）通訊，閃爍頻率等于采樣頻率。
（1）從dp到t400的過程數據（ppo5）如表3所示：
表3 dp到t400的過程數據（采樣時間為2ms）
（2）從t400到dp的過程數據（ppo5）如表4所示。
表4 t400到dp的過程數據（采樣時間為2ms）
其中t400到dp的狀態字1其實是t400從cu單元接受的cu狀態字1，t400只對其中三個位做了更改：1.3為t400的故障信號；1.7為t400的報警信號；1.13為t400張力控制器輸出為限幅值信號。
5 t400工藝板在放卷控制中應用
spw420是西門子公司為t400開發的應用于軸向卷繞機的標準軟件包,可涵蓋大量的收卷和放卷張力控制應用,比如：紡織機械、印刷機械、鍍膜、復卷機、金屬加工、拔絲等。在造紙過程中，復卷機的退紙輥控制是一個典型的放卷恒張力控制。
t400的控制方式有：間接張力控制（無張力傳感器）、直接張力控制（有張力傳感器）、線速度控制。下面主要介紹t400的直接張力控制。
放卷過程的控制主要任務是保持卷材張力恒定，卷取機構控制線速度恒定，放卷機構只需跟隨卷取機構的速度。
圖4是spw420中提供的放卷直接張力控制系統。下方陰影部分代表cuvc控制板，上方代表t400工藝板。
圖4 spw420中放卷直接張力控制組態圖
放卷控制屬于從動方式（slave）,線速度給定值應該為材料的線速度實際值（即跟隨卷取機構的線速度值），圖4中nip bbbbbbbb的作用即提供材料的線速度實際值，實際應用中可以改為其它可以取得線速度實際值的位置，比如復卷機的后底輥。
圖4中的張力設定值zset,張力實際值zact,線速度值vset均由t400的模擬量輸入端口送給t400，輸入模擬量都應是0-10v的電壓信號，t400的ai端口進行a/d轉換，模擬量的10v被對應成t400內部的1.0（100%）。
放卷機構的轉速實際值由cuvc的脈沖編碼接口檢測出來后，通過dual port ram傳給t400。t400計算出的轉速給定值、轉動變量的可變部分、轉矩的正負限幅值，同樣通過dual port ram傳送給cuvc。
正常工作時，線速度實際值與轉速實際值對應相等（相差一個直徑），通過在線速度實際值中減去一個固定值，可以使轉速給定始終小于轉速反饋，使得速度調節器（為pi調節器）由于積分作用而緩緩飽和，輸出被限制在限幅值上。瞬時轉動慣量加速度調節器的增益上，增益值隨著轉動慣量變化而變化，有利于服慣性作用，提高響應的快速性。
速度調節器飽和以后，輸出被限制在負限幅上，負限幅值的大小由張力控制部分決定。張力控制部分對主要的擾動，如卷徑d的變化，加減速轉矩進行補償控制，其余的偏差部分由張力調節器控制。
由于卷材的慣性較大，響應存在較大的滯后，所以在張力調節器上還采用了張力預控制，張力調節器的輸出加上部分張力給定值作為最終的張力給定值。
加/減速轉矩為實時計算得到，疊加到轉矩給定值上，以補償加/減速時需要的動態轉矩。在放卷控制中t400工作模式為從動（slave），計算加/減速轉矩所需的加/減速度應該根據車速的變化由外部引入。
組態圖畫成方框圖形式如圖5所示。
圖5 spw420放卷直接張力控制方框圖
對于摩擦轉矩，由于數值相對較小，再加上采用了張力閉環控制，所以可以不進行摩擦轉矩的補償。
6 結束語
t400工藝板作為裝置的專用選件板，可以和傳動裝置有機結合進行快速、高效的數據交換，加上自身運算速度快、計算精度高，非常適合于高速、高精度的控制場合。
由于出自西門子公司專業設計，t400工藝板的控制水平高、功能完善而且通用性強。使用t400工藝板進行控制，無論是前期設計還是后期調試都將變得非常方便，工作量可以大大減少。
t400工藝板的不足之處是自身成本較高，不適合于在對成本敏感的低端系統中使用，只適合于在高端系統中使用。
：鞏經理
：13915946763
：南京塞姆泵業有限公司
