現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)在化纖紡絲機(jī)生產(chǎn)線上的應(yīng)用

0 引言

　　目前，現(xiàn)場(chǎng)總線通信技術(shù)已深入到自動(dòng)控制的各個(gè)領(lǐng)域，應(yīng)用這項(xiàng)技術(shù)可以將PLC、變頻器、逆變器、直流驅(qū)動(dòng)器、傳感器各單元相互連成網(wǎng)絡(luò)．實(shí)現(xiàn)分布式I／0計(jì)算機(jī)控制。

　　隨著化纖工藝技術(shù)水平的不斷發(fā)展和提高、對(duì)化纖設(shè)備提出了越來越高的要求。傳統(tǒng)長(zhǎng)邊軸為其驅(qū)動(dòng)方式已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足工藝要求，開發(fā)應(yīng)用方便靈活，控制性能好的控制系統(tǒng)成為急待解決的問題，單機(jī)分電源同步的電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)就成為該設(shè)計(jì)的首選方案。現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)是化纖行業(yè)生產(chǎn)線的最佳自控系統(tǒng)。

1 PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線的特點(diǎn)

　　PROFIBUS是最成功的開放式現(xiàn)場(chǎng)總線。適合予多種應(yīng)用場(chǎng)合。所有自動(dòng)化設(shè)備(眥，PC，(HMI)人一機(jī)接口系統(tǒng)以及傳感器和執(zhí)行器)都可以經(jīng)過統(tǒng)一的總線進(jìn)行數(shù)據(jù)交換和傳輸。相對(duì)于各種可能的應(yīng)用類別。有三種總線形式：fl[IPROFIBUS—DP，PROFIBUS—FMS、PROFIBUS—PA。我們?cè)谏a(chǎn)線上應(yīng)用了PROFIBUS—DP形式。

　　這種形式是主站和從站之間采用輪循的通訊方式，數(shù)據(jù)傳輸速率最大可達(dá)12M位，s，適用于有分布I／O站和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的自動(dòng)化系統(tǒng)之間的通訊。它的特點(diǎn)是：非常短的響應(yīng)時(shí)間，抗干擾能力強(qiáng)，并替代4(0)至20MA信號(hào)測(cè)量這種投資高昂的并行信號(hào)傳輸方式。極強(qiáng)的自我故障診斷功能，如：本站診斷，模塊診斷，通道診斷等。

2 紡絲機(jī)及其后處理生產(chǎn)線的設(shè)備流程及控制特點(diǎn)

　　2.1 紡絲機(jī)及生產(chǎn)線的組成

　　紡絲機(jī)生產(chǎn)線由紡絲機(jī)、卷繞機(jī)、盛絲桶往復(fù)機(jī)主要設(shè)備組成。

短纖后處理生產(chǎn)線由下列設(shè)備組成：集束架；八輥導(dǎo)絲機(jī)：浸油槽；第一牽伸機(jī)；l#熱風(fēng)蒸氣加熱箱；第二牽伸機(jī)：2#熱風(fēng)蒸氣加熱箱；第三牽伸機(jī)；疊絲機(jī)；蒸氣預(yù)熱箱；卷曲機(jī)；鋪絲機(jī)；松弛熱定型機(jī)；牽引張力機(jī)；切斷機(jī)；打包機(jī)。

　　2.2 設(shè)備的控制特點(diǎn)

　　1)所有傳動(dòng)均采用交流調(diào)速方式。根據(jù)牽伸工藝要求。第一牽伸機(jī)，第二牽伸機(jī)有時(shí)會(huì)工作在倒拖狀態(tài)，即發(fā)電狀態(tài)。為此我們采用了整流回饋單元構(gòu)成的公共直流母線的多電機(jī)傳動(dòng)。所有逆變單元及變頻器通過CBP通信板接在PROFIBUS—DP上。

　　2)根據(jù)牽伸倍數(shù)精度要求高的特點(diǎn)．各單元機(jī)增加了旋轉(zhuǎn)編碼器反饋以提高速度控制的精度。

　　3)為適應(yīng)不同品種及不同工藝的要求，生產(chǎn)線上配備了一臺(tái)工控機(jī)。在工控機(jī)上可顯示設(shè)備工藝流程．顯示主要工藝參數(shù)的設(shè)定值和過程值，能動(dòng)態(tài)監(jiān)視各單元機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，軟件性(WINCC)③能對(duì)各種信息進(jìn)行歸檔。在不同的權(quán)限下，能在線對(duì)主要工藝參數(shù)進(jìn)行修改，報(bào)表打印各種歷史數(shù)據(jù)。同時(shí)PLC對(duì)各種運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行判斷并及時(shí)處理。

　　4)為便于管理．本設(shè)計(jì)將2條生產(chǎn)線的PLC及工控機(jī)組成車間級(jí)工業(yè)以太網(wǎng)。這樣。2條生產(chǎn)線可互為備用。

3 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案

　　3.1 現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層硬件構(gòu)成

　　系統(tǒng)硬件以PROFIBUS—DP網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)．共11臺(tái)逆變器．6臺(tái)變頻器通過CBP通信板接在PROFIBUS—DP上。主控PLC為兩臺(tái)$7414H一2DP，通過同步板組成冗余系統(tǒng)，從而形成雙機(jī)熱備份，當(dāng)一臺(tái)PLC出現(xiàn)故障時(shí)。另一臺(tái)PLC通過同步板可在線實(shí)現(xiàn)無擾動(dòng)切換，保證系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。

　　3.2‘車間監(jiān)控層硬件構(gòu)成

　　車間監(jiān)控層硬件以工業(yè)以太網(wǎng)為基礎(chǔ)．PLC通過通信模塊CP441-1IT接在工業(yè)以太網(wǎng)上．兩臺(tái)工控機(jī)為研華產(chǎn)品，它們通過工業(yè)以太網(wǎng)上組成網(wǎng)絡(luò)。

　　3.3 軟件配置應(yīng)用與開發(fā)

　　根據(jù)以上系統(tǒng)硬件配置，整個(gè)生產(chǎn)線軟件分組態(tài)軟件WINCC①和PLC編程軟件STEP7兩大部分。其它還有一些如SIMATIC NET，PROFIBUS—DP的DVA—S7等軟件包。在工控機(jī)上運(yùn)行西門子WINCC組態(tài)軟件。通過對(duì)該軟件的組態(tài)來完成工控機(jī)與S7圳0PLC②的鏈接。在此不多加描述。下面以PLC與逆變器，變頻器通信為例說明PROFIBUS—DP的通信。

　　PROFIBUS—DP是根據(jù)令牌傳遞過程工作的，即在一個(gè)邏輯環(huán)中．主站成為一個(gè)確定時(shí)間窗口的令牌保持者，在這個(gè)時(shí)間窗口內(nèi)，擁有令牌的主站能與其它從站通信。PROFIBUS主要使用主從方式，周期性的與逆變器，變頻器進(jìn)行數(shù)據(jù)變換．逆變器／變頻器總是從站且每個(gè)從站本身都有明確的地址。

　　對(duì)于逆變器，變頻器。通信板CBP具有訪問變頻器內(nèi)部參數(shù)設(shè)置的能力．它定義了能使主站訪問從站的用戶數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)。用戶數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)被劃分為兩個(gè)區(qū)域．它們以各自的報(bào)文進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。A：過程數(shù)據(jù)區(qū)(I)zD)控制字和設(shè)定值或狀態(tài)字和實(shí)際值。B：參數(shù)區(qū)(PK聊讀，寫參數(shù)的一個(gè)參數(shù)區(qū)，即讀出故障或參數(shù)的屬性。如最大，最小值等。用戶數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)特指過程參數(shù)數(shù)據(jù)對(duì)象(PPO)。PPO類型共有5種。帶有2個(gè)，6個(gè)或10個(gè)字的過程數(shù)據(jù)而沒有參數(shù)區(qū)域的用戶數(shù)據(jù)?；驇в?個(gè)，6個(gè)字或10個(gè)字的過程數(shù)據(jù)及一個(gè)參數(shù)區(qū)域的用戶數(shù)據(jù)。其數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)有：用戶數(shù)據(jù)PPO類型；協(xié)議帳頭；參數(shù)(PKW)；過程數(shù)據(jù)(PZD)協(xié)議帳尾；PROFIBUS信息帳中用戶數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

　　為了兼顧C(jī)BP／CBl5種通信板．在STEP7硬件組態(tài)和軟件編譯時(shí)我們選用PPO類型1，其I／O地址為12—23(12個(gè)字節(jié))，而其過程數(shù)據(jù)(PZD)碼的字節(jié)數(shù)為4個(gè)字節(jié)，編程時(shí)，可以直接通過強(qiáng)制變量直接訪問I／O來控制逆變器，變頻器。有時(shí)。當(dāng)PZD碼的字節(jié)數(shù)大于4個(gè)字節(jié)時(shí)，不能通過直接訪問FO來控制逆變器，變頻器，必需在OBI中調(diào)用打包接收(SFCl4)和打包發(fā)送(SFCl5)來實(shí)現(xiàn)對(duì)逆變器／變頻器的控制。

　　在軟件的開發(fā)過程中．我們是通過調(diào)用DVA—S7軟件包(FC21，F(xiàn)C22，F(xiàn)C23)來實(shí)現(xiàn)對(duì)逆變器／變頻器控制的。該方式在編程時(shí)比前兩種方式要復(fù)雜一些。但功能要強(qiáng)得多，可以傳輸更多的參數(shù)和過程數(shù)據(jù)．以滿足所有用戶的要求。該方式對(duì)上述5種PPO類型均適用。

　　在運(yùn)行過程中，PLC可以通過訪問報(bào)文PKW參數(shù)來觀察和更改逆變器／變頻器的任意參數(shù)。可以通過訪問報(bào)文過程收據(jù)PZD來實(shí)現(xiàn)控制字和設(shè)定值或狀態(tài)字和實(shí)際值的數(shù)據(jù)傳輸。工控機(jī)通過訪問PLC的數(shù)據(jù)塊(DBl0)來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，從而完成對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的監(jiān)控。

4 結(jié)束語

　　PROFIBUS現(xiàn)聲總線技術(shù)在我國(guó)化纖工業(yè)上有著廣闊應(yīng)用前景和巨大的市場(chǎng)潛力．本設(shè)備已在洛陽石化廠生產(chǎn)運(yùn)行。運(yùn)行狀況良好。