FCS在大容量滌綸短纖紡絲生產線中的應用
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熔體直接紡大容量滌綸紡絲生產線的工藝流程：熔體增壓泵---熔體輸送管---紡絲箱體---計量泵---中心內環(huán)吹裝置---卷繞機---牽引機---喂入機---盛絲桶往復機。本聯(lián)合機共有6個紡絲箱，有36個紡絲位，每個紡絲位配置一臺高精度的計量泵。直紡熔體經增壓泵增壓后由熔體輸送管將熔體輸送至紡絲箱，經計量泵計量后由噴絲板噴出，通過中心內環(huán)吹裝置，受空氣冷卻固化后進入卷繞機，各紡絲位絲束經過上油裝置后進入牽引機，再由喂入機送入盛絲桶往復機。
日產150噸大容量滌綸短纖維紡絲生產線電氣控制系統(tǒng)是基于PLC的現(xiàn)場總線的分布式控制系統(tǒng)(FCS)。系統(tǒng)的控制范圍涵蓋熔體直接紡生產線的熔體配管增壓泵到盛絲桶往復機的全部范圍。
二、控制系統(tǒng)的特點
大容量滌綸短纖維紡絲生產線電氣自動控制系統(tǒng)的主要特點：
1、采用基于現(xiàn)場總線的控制系統(tǒng)FCS，系統(tǒng)高度穩(wěn)定可靠，有很強的抗干擾能力；
2、開放式的總線，容納第三方設備；
3、變頻調速采用高精度的Siemens 變頻傳動系統(tǒng)；
4、實現(xiàn)全數(shù)字化、全現(xiàn)場化控制；
5、設備集中監(jiān)控、友好的人機界面；
6、可以實現(xiàn)車間和工廠級的信息化管理，向信息系統(tǒng)自動提供實時數(shù)據(jù)；
三、控制系統(tǒng)架構
1、系統(tǒng)結構
整個控制系統(tǒng)的結構采用分層控制方式，由上位工業(yè)PC機、HMI觸摸屏、OP操作屏、S7 PLC，變頻控制柜和現(xiàn)場I/O及現(xiàn)場設備等組成。系統(tǒng)結構示意圖如〈圖一〉所示：
2、功能組成
如上圖所示，控制系統(tǒng)分為三個控制層次：
中央監(jiān)控管理層---工業(yè)PC計算機、HMI觸摸屏
生產過程邏輯判斷和數(shù)據(jù)采集層---S7 PLC
設備運行操作層---MCC控制柜和現(xiàn)場I/O及現(xiàn)場設備
下面對各層次的功能和它們之間的聯(lián)系做簡單的介紹：
上位工業(yè)PC機以圖形畫面顯示設備模型及運行狀態(tài)，監(jiān)控和修改各個工藝參數(shù)，發(fā)出控制命令，并完成報警，存檔，打印等信息處理。上位機組態(tài)軟件采用組態(tài)王（Kingview6.5）。組態(tài)王是目前國內比較廣泛用于工業(yè)控制的組態(tài)軟件。組態(tài)王能實現(xiàn)對所有PLC內存單元的讀寫。系統(tǒng)運行時，通過讀取PLC內存單元中的內容，上位機可以將系統(tǒng)的運行過程用畫面的形式顯示，對之進行監(jiān)控，同時，通過向PLC的內存單元寫入數(shù)據(jù)，可以下發(fā)命令給PLC，控制系統(tǒng)的運行。開發(fā)工業(yè)PC機程序時，充分利用了軟件系統(tǒng)提供的資源，使開發(fā)過程快速便捷。
PLC與上位工業(yè)PC機的通信采用西門子專用的Profibus或Ethernet通信模塊，通過Profibus或Ethernet網(wǎng)與上位機、觸摸屏通訊，PLC向上位機、觸摸屏傳送設備的實時數(shù)據(jù)及狀態(tài)，接收并執(zhí)行上位機、觸摸屏的實時控制指令；在上位機、觸摸屏上可以修改各單元機的工藝參數(shù)及各單元機的實時狀態(tài)。
四、PLC的配置
1、1PLC及2PLC：紡絲機PLC
大容量滌綸短纖維紡絲機電氣自動控制系統(tǒng)采用西門子2臺S7 PLC、模擬量輸入模塊對紡絲箱體溫度、組件壓力等對象進行監(jiān)控，同時通過Profibus現(xiàn)場總線控制計量泵及油濟泵傳動變頻器；現(xiàn)場智能I/O采用ET200模塊，通過Profibus現(xiàn)場總線與CPU完成數(shù)據(jù)高速傳輸，現(xiàn)場I/O模塊對環(huán)吹小車升降、進退及計量泵起停進行控制。ET200作為從站，通過IM153-2與CPU完成。紡絲箱體ET200從站歸紡絲PLC。通過CP340通訊模塊與聯(lián)苯爐溫度控制器RKC-D系列儀表進行通訊; 在紡絲層設有一個現(xiàn)場操作臺，在操作臺上設設置一個Siemens HMI觸摸屏，可在現(xiàn)場修改計量泵及油劑泵變頻器的頻率。
2、3PLC：卷繞牽引喂入PLC
卷繞機電氣自動控制系統(tǒng)采用西門子S7 PLC通過數(shù)字I/O模塊卷繞機吸絲、切絲、牽引輥、導入棍、喂入輪、上油泵等對象進行控制，同時經過PROFIBUS現(xiàn)場總線控制牽引輥、導絲輥、喂入輪、上油傳動變頻器速度或頻率，并在牽引喂入機處設有一個操作臺，在操作臺上設置一個Siemens HMI觸摸屏，可設定牽引喂入機的速度。
3、4PLC：盛絲桶往復機PLC：
盛絲桶往復機電氣自動控制系統(tǒng)單獨采用一套西門子S7 PLC，通過PROFIBUS現(xiàn)場總線控制盛絲桶往復機縱向、橫向傳動伺服變頻器以及現(xiàn)場I/O，盛絲桶往復機主機橫動小車及縱動小車傳動采用了西門子CUMC伺服控制系統(tǒng)，對橫動小車及縱動小車進行定位控制。精確控制盛絲桶往復裝置的定位及往復運動。盛絲桶往復裝置的操作臺上設置一個Siemens OP操作面板，可進行定時控制。
五、軟件設計
PLC的軟件設計主要有以下幾個部分：
1、S7-300PLC與變頻器之間的PROFIBUS通訊：
S7-300PLC與變頻器之間的PROFIBUS通訊可以設定變頻器的頻率，讀取變頻器的運行頻率，電流和電壓。軟件設計框圖見<圖二>,在進行硬件組態(tài)時就要確定PROFIBUS通訊的PPO通訊類型，根據(jù)PPO的類型和要通訊的變頻器的數(shù)量，生成一個相對應的DB塊，西門子變頻器的50Hz對應的頻率代表值為16384，根據(jù)我們要設定的頻率換算成相對應的頻率代表值、命令字、控制字等，送入通訊用的DB塊中，通過西門子提供的功能塊FC21、FC22、FC23進行編程，在OB100中調用功能塊FC23對PROFIBUS通訊進行初始化。調用
功能塊FC21對變頻器進行頻率設定，調用功能塊FC22讀取變頻器的運行頻率代表值，電流和電壓。頻率代表值換算成相對應的頻率。通過上位機和HMI觸摸屏與PLC進行數(shù)據(jù)交換，就可以在上位機和HMI觸摸屏上修改變頻器的設定頻率，在上位機和HMI觸摸屏上顯示變頻器的運行頻率、電壓、電流等參數(shù)。
2、S7-300PLC與RKC-D系列儀表進行通訊：
S7-300PLC采用CP340與RKC-D系列儀表的RS485通訊，軟件設計框圖見<圖三>,根據(jù)RKC-D系列儀表提供的RS485通訊協(xié)議，在S7-300PLC編程時生成兩個DB塊，設定RKC-D系列儀表的設定值，讀取RKC-D系列儀表的測量值，通過調用S7-300PLC的FB2、FB3發(fā)送和接收組織塊，與RKC-D系列儀表的RS485通訊，設定值轉換成ASCII碼后，送至DB塊中，通過調用FB2發(fā)送組織塊，通過調用FB3接收組織塊, 把測量值送至DB塊中的ASCII碼轉換成十進制，即可完成設定值的發(fā)送和測量值接收。
3、PLC與上位機、SIEMENS HMI操作屏進行通訊
紡絲、卷繞部分的PLC通過總線與操作員站工控機PC通訊，上位機提供友好的人機操作界面。人機界面以簡潔、清晰的風格組態(tài)各個操作畫面，畫面上準確明了地以圖形方式表示出當前生產線設備工況，如停止、運行、速度和故障等信息并以不同顏色、圖形和文字表示。通過界面上的操作，可對計量泵、牽引輥、導絲輥、喂入機及盛絲桶往復機的速度進行設定和修改；可對卷繞油濟泵的速度進行設定和修改；牽引、喂入機系統(tǒng)設置中速和工藝速二檔速度。實現(xiàn)系統(tǒng)的工藝參數(shù)設置、運行控制、工況顯示、報警顯示、運行和報警數(shù)據(jù)記錄和查詢、打印等功能。
六、結束語
通過PROFIBUS或Ethernet網(wǎng)使PLC與上位工業(yè)PC機、HMI操作屏進行通訊，通個PLC的PROFIBUS網(wǎng)對變頻器和現(xiàn)場I/O及現(xiàn)場設備進行通訊，通過網(wǎng)絡傳送過程數(shù)據(jù)，這種基于現(xiàn)場總線的分布式控制系統(tǒng)(FCS) 減少了現(xiàn)場布線工作量和維護工作量、規(guī)范了軟件程序的編制、同時系統(tǒng)具有易于擴展并對整個生產線的工藝參數(shù)進行集中管理的優(yōu)點?？傊?，F(xiàn)CS在滌綸紡絲生產線中的應用降低了系統(tǒng)設計、制造、安裝、維護的成本，并提高了系統(tǒng)的控制精度和系統(tǒng)的可靠性。該系統(tǒng)已成功應用在我公司的日產150噸大容量滌綸短纖紡絲生產線上。
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