現(xiàn)場(chǎng)總線PROFIBUS技術(shù)和產(chǎn)品在長(zhǎng)絲生產(chǎn)中的應(yīng)用

一、引言
　　儀征化纖股份有限公司九萬噸長(zhǎng)絲項(xiàng)目已于一九九八年十月十八日建成投產(chǎn)。長(zhǎng)絲生產(chǎn)的控制采用了德國(guó)西門子公司先進(jìn)的PC，S7過程控制系統(tǒng)。利用S7-400作為主站，借助PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線，采用德國(guó)BECKHOFF公司I/O端子作為從站，實(shí)現(xiàn)了長(zhǎng)絲生產(chǎn)中的大量控制、連鎖、監(jiān)視、報(bào)警任務(wù)。
二、工藝流程
　　儀征化纖股份有限公司九萬噸長(zhǎng)絲項(xiàng)目采用PET熔體直接紡絲工藝，共計(jì)分為十一條生產(chǎn)線。其中POY五條，F(xiàn)DY六條。熔體由聚酯側(cè)送到紡絲側(cè)，經(jīng)過熔體過濾器、增壓泵，再經(jīng)過熱交換器、靜態(tài)混合器至紡絲箱體，通過噴絲板、紡絲甬道冷卻成型，最后經(jīng)卷繞機(jī)卷成絲餅。另外，為了長(zhǎng)絲生產(chǎn)、操作人員、運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)備及成品包裝的需要，共配套設(shè)計(jì)了15套空調(diào)裝置，以便送出具有合適溫度、濕度、壓力的空調(diào)風(fēng)。為了控制熔體管道、靜態(tài)混合器及紡絲箱體中的熔體溫度，以保證熔體具有良好的可紡性，整個(gè)裝置共設(shè)計(jì)了22臺(tái)汽相熱媒爐，7臺(tái)液相熱媒爐。整個(gè)裝置的主要控制及連鎖任務(wù)有：熱媒爐的溫度控制及連鎖，增壓泵的轉(zhuǎn)速控制及連鎖，熱媒循環(huán)泵的連鎖，空調(diào)送風(fēng)的壓力、溫度、濕度控制，以及大量的顯示、報(bào)警等，所有這些都是由PCS7系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)的。
三、控制系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)
　　整個(gè)系統(tǒng)分為三層。第一層包括服務(wù)器、工程師站、操作員站。第二層包括三套主控制站。第三層包括多個(gè)從站。服務(wù)器、工程師站、操作員站皆為西門子工控機(jī)SIMATIC-RI45-PII。21英寸顯示器為SIEMENS-SCM2196-1。服務(wù)器安裝WindowsNT4.0-SERVER版，工程師站、操作員站安裝WindowsNT-4.0-WORKSTATION版。主控制站為SIMATIC-S7-400-416-2DP。從站為BUSCOUPLER的BK3100加各類端子排。
四、現(xiàn)場(chǎng)總線及產(chǎn)品選型
　　隨著通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)過程中的不斷推廣應(yīng)用，工業(yè)控制過程對(duì)現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)的采集、傳輸和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換提出了更高的要求。由于數(shù)字通信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和微處理技術(shù)的迅猛發(fā)展，把傳統(tǒng)的數(shù)字信號(hào)和模擬信號(hào)混合的系統(tǒng)變成全數(shù)字信號(hào)系統(tǒng)成為可能。現(xiàn)場(chǎng)總線就是在這種背景下產(chǎn)生的，并成為當(dāng)前工業(yè)過程控制領(lǐng)域的焦點(diǎn)。PROFIBUS是德國(guó)開發(fā)的一種現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)，得到歐洲許多大設(shè)備制造商的支持，并在國(guó)際上得到越來越多的推廣應(yīng)用。
　　由于現(xiàn)場(chǎng)總線主要是面向過程控制的實(shí)時(shí)性要求，它將ISO/OSI參考模型簡(jiǎn)化，采用3層體系結(jié)構(gòu)：即物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和應(yīng)用層。物理層主要是對(duì)信號(hào)進(jìn)行編碼與發(fā)送，媒體可取導(dǎo)線型、無線型或光纖型。本項(xiàng)目中采用的PROFIBUS電纜為兩芯屏蔽型。數(shù)據(jù)鏈路層提供共享介質(zhì)的多個(gè)設(shè)備間的數(shù)據(jù)傳輸，完成對(duì)介質(zhì)共享的控制，決定何站在何時(shí)可以占用總線進(jìn)行通信，避免沖突，并負(fù)責(zé)建立、拆除通信鏈路，檢查錯(cuò)誤并監(jiān)視不同裝置間的通信過程。應(yīng)用層含本地?cái)?shù)據(jù)庫、分布式數(shù)據(jù)庫維護(hù)、工業(yè)信息服務(wù)和集成信息通用服務(wù)4部分功能，把實(shí)際對(duì)象映射為PROFIBUS能辨認(rèn)的通信對(duì)象。
　　PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線基于令牌協(xié)議加主從總線的介質(zhì)存取方式，主站以主從方式與從站通信，各主站之間由令牌協(xié)議決定總線控制權(quán)。PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線的物理層遵循的最常用標(biāo)準(zhǔn)為RS485，數(shù)據(jù)傳輸速率為9600到12Mbps，傳輸量長(zhǎng)距離為4800米，最多可支持127個(gè)站點(diǎn)的可靠數(shù)據(jù)通信。BECKHOFF是德國(guó)一家制造電子自動(dòng)化產(chǎn)品的公司。該公司生產(chǎn)的I/O端子是開放的I/O系統(tǒng)，包括以I/O光導(dǎo)總線為代表的各種現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)及其接口卡、現(xiàn)場(chǎng)模塊、總線耦合器等。該公司在中國(guó)地區(qū)的代理機(jī)構(gòu)是北京科諾科電子有限公司，可以提供良好的本地技術(shù)支持。現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)是對(duì)I/O層面實(shí)現(xiàn)離散化控制的最佳方案，然而目前的現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)還存在著性能和構(gòu)造的差異。BECKHOFF公司的I/O端子彌補(bǔ)了這方面的不足，并為現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)建立了新的標(biāo)準(zhǔn)。這種I/O“電子端子排”可嵌裝在標(biāo)準(zhǔn)的滑軌上，形成并行排列的、高度模塊化的現(xiàn)場(chǎng)總線端子排。使用了BECKHOFF的I/O端子，可以節(jié)省聯(lián)接電纜、控制室的空間、施工費(fèi)用和其他材料。該產(chǎn)品已成功地在自動(dòng)化工業(yè)、食品工業(yè)、制造工業(yè)、材料工程、環(huán)境保護(hù)等領(lǐng)域得到應(yīng)用。

　　在技術(shù)“術(shù)語”上，若干個(gè)I/O端子排叫做一個(gè)“站”，一個(gè)站由一個(gè)“BUS-COUPLER”和最多64個(gè)電子端子塊組成，“BUS-COUPLER”是一個(gè)以CPU為核心的電子模塊，它負(fù)責(zé)信號(hào)的轉(zhuǎn)換及與上位控制器的通信。它與上位控制器的通信協(xié)議有PROFIBUS-DP/FMS、IN-TERBUS-S、LIGHT-BUS、CAN-BUS。I/O端子塊可以根據(jù)需要任意組合設(shè)置。它的面板上有狀態(tài)顯示器，它的接線端子與現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)相連。I/O端子有下列類型：數(shù)字量輸入：電壓等級(jí)有5VDC，24VDC，48VDC，230VAC及24VDC、100KHZ計(jì)數(shù)器。數(shù)字量輸出：電壓等級(jí)有5VDC、24VDC，48VDC，230VAC及24VDC、20KHZ方波輸出。模擬量輸入：信號(hào)類型有-10V～+10V，0～10V，0～20mA，4～20mA，熱電阻，熱電偶。模擬量輸出：信號(hào)類型有-10V～+10V，0～10V，0～20mA，4～20mA。位置測(cè)量和通訊模塊：位置增量編碼器接口，SSI傳感器接口，RS232C/485，4～20mA串口，NEWALL傳感器接口模塊。
五、應(yīng)用情況
　　公司九萬噸長(zhǎng)絲項(xiàng)目共使用了585塊BECKHOFF端子排。具體型號(hào)有KL3052（4～20mA模擬量輸入，帶電源），KL3022（4～20mA模擬量輸入），LK1012（數(shù)字量輸入24V），KL2622（數(shù)字量輸出220V），KL2012（數(shù)字量輸出24V），LK3302（鉑電阻輸入），KL3064（0～10V模擬量輸入），KL4002（0～10V模擬量輸出），KL4022（4～20mA模擬量輸出）。585塊BECKHOFF端子排共分成33個(gè)從站，分別利用總線耦合器BK3100，通過三條PROFIBUS-DP總線DP[1]、DP[2]、DP[3]分別掛在三個(gè)主控制站上。硬件組態(tài)：硬件組態(tài)要使用BECKHOFF公司提供的組態(tài)文件，將其加載到工程師站里。
　　每一家生產(chǎn)符合PROFIBUS協(xié)議產(chǎn)品的廠家都會(huì)提供類似的文件，以便它們的產(chǎn)品能方便并被廣泛的使用。軟件組態(tài)：由于BECKHOFF產(chǎn)品不屬于西門子家族產(chǎn)品，所以PＣS7要求用戶自己編寫特殊的輸入、輸出轉(zhuǎn)換模塊，利用PCS7的CFC軟件進(jìn)行控制程序的實(shí)現(xiàn)。自一九九八年八月份開始安裝調(diào)試以來，只是在回路調(diào)校中損壞了幾塊KL3052模擬量輸入卡外，系統(tǒng)運(yùn)行六個(gè)多月來一切正常?？刂破椒€(wěn)、連鎖可靠、顯示準(zhǔn)確，可以說BECKHOFF的現(xiàn)場(chǎng)總線產(chǎn)品在我公司九萬噸長(zhǎng)絲項(xiàng)目中使用是非常成功的。