PROFIBUS在紙機(jī)傳動(dòng)中的應(yīng)用

1.2 傳動(dòng)控制系統(tǒng)的控制要求

　　造紙機(jī)生產(chǎn)過程是由網(wǎng)部、壓榨部、干燥部、壓光部、卷紙部等連續(xù)且復(fù)雜的過程組成，具體表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：① 多變量、多參數(shù)系統(tǒng)，影響傳動(dòng)系統(tǒng)的因素很多，例如張力、速度、電流、電壓、負(fù)載等；② 交流電動(dòng)機(jī)的非線性；③ 負(fù)載的不確定性；④ 多電機(jī)間性能的不匹配；⑤ 多電機(jī)之間存在耦合。因此，造紙機(jī)的傳動(dòng)控制要求滿足：① 實(shí)現(xiàn)速度鏈控制。依據(jù)紙機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)的工藝特點(diǎn)，采用了調(diào)節(jié)變比的控制方法實(shí)現(xiàn)速度鏈功能。操作屏上設(shè)有功能鍵，通過通訊可直接修改PLC 內(nèi)的數(shù)據(jù)區(qū)，改變響應(yīng)傳動(dòng)點(diǎn)的速度設(shè)定值。② 實(shí)現(xiàn)負(fù)荷分配控制。網(wǎng)部真空伏輥、驅(qū)動(dòng)輥、第一導(dǎo)網(wǎng)輥和光壓上、下輥這兩組之間要求速度同步的同時(shí)要求負(fù)載均衡，否則會(huì)影響正常抄紙。當(dāng)負(fù)荷不能均勻分布時(shí)，有可能撕壞毛布或造成斷紙，所以在這2 個(gè)傳動(dòng)組合中的各自傳動(dòng)點(diǎn)之間實(shí)施負(fù)荷分配自動(dòng)控制功能。PLC 通過PROFIBUS 現(xiàn)場(chǎng)總線得到電機(jī)電流信號(hào)，以先進(jìn)的調(diào)節(jié)算法調(diào)節(jié)變頻器的輸出，使各電機(jī)轉(zhuǎn)矩電流和額定電流比值相等，這樣完成負(fù)荷分配的自動(dòng)控制。③ 實(shí)現(xiàn)張力控制。根據(jù)紙機(jī)工藝要求，在多組烘缸與卷紙機(jī)之間加張力傳感器，張力傳感器將張力信號(hào)通過A/D 轉(zhuǎn)換模塊送人PLC，在操作臺(tái)上的操作屏上進(jìn)行張力設(shè)定，PLC根據(jù)張力設(shè)定值和張力傳感器的反饋值對(duì)卷紙機(jī)進(jìn)行調(diào)節(jié)，保持張力恒定準(zhǔn)確。PLC 內(nèi)采用積分分離的PID 控制算法，并帶有速度限幅，仿止斷紙時(shí)出現(xiàn)張力飛車現(xiàn)象。

2 PROFIBUS 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及傳輸技術(shù)

2.1 PROFIBUS 協(xié)議結(jié)構(gòu)

　　PROFIBUS 通信協(xié)議結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)是ISO/OSI 的7 層網(wǎng)絡(luò)參考模型，其結(jié)構(gòu)如圖3 所示。

■ DIN19245第四部分 ■ EN50 170 ■PROFIBUS準(zhǔn)則
圖3 PROFIBUS協(xié)議的結(jié)構(gòu)

　　PROFIBUS-FMS 第l 、第2 和第7 層均加以定義，其中第3～第6 層未加以描述，其功能在底層接口（Lower Layer Interface）完成，LLI 是第7 層中的一部分，F(xiàn)MS(Field Message Specification 現(xiàn)場(chǎng)總線報(bào)文規(guī)范）包含了應(yīng)用層協(xié)議并提供了多種強(qiáng)有力的通信服務(wù)及用戶接口。

　　PROFIBUS-DP 使用第l 層、第2 層和用戶接口，以直接數(shù)據(jù)鏈路映像（Direct Data Link Mapper）提供易于進(jìn)入第2 層的用戶接口。該用戶接口規(guī)定了可以調(diào)用的應(yīng)用功能并詳細(xì)說明了各種不同PROFIBUS-DP 設(shè)備的設(shè)備行為，還提供了傳輸用的RS485 傳輸技術(shù)或光纖。

　　PROFIBUS-PA 采用擴(kuò)展的“PROFIBUS-DP”協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。這種傳輸技術(shù)可確保其本質(zhì)安全性并使現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備通過總線供電。

2.2 PROFIBUS 傳輸技術(shù)

　　PROFIBUS 提供以下3 種類型的傳輸技術(shù)：FMS 和DP 的RS485 傳輸；PA 的IECll58～2 傳輸；光纖( FO）。RS485 采用屏蔽雙絞線，操作容易，設(shè)備簡單、價(jià)格便宜，而且能夠滿足高速傳輸?shù)囊螅蕬?yīng)用較廣，成為PROFIBUS 最常用的一種傳輸技術(shù)。RS-485 總線結(jié)構(gòu)允許增加或減少站點(diǎn)，傳輸速度可選用9.6 kbps～12 Mbps 。PA 的IECll58-2 傳輸技術(shù)可保持其本質(zhì)安全性并使現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備通過總線供電，所以這種傳輸技術(shù)能滿足化工和石化工業(yè)的要求并在這些領(lǐng)域得到廣泛使用。另外，IECll58-2 信號(hào)可通過耦合器與RS-485 信號(hào)相適配，這樣PROFIBUS-PA 設(shè)備能很方便地集成到PROFIBUS-DP 網(wǎng)絡(luò)。光纖傳輸技術(shù)主要用于電磁干擾很大的環(huán)境中，它可以增加高速傳輸?shù)淖畲缶嚯x，但光纖傳輸造價(jià)較高。

3 上位操作監(jiān)控管理系統(tǒng)

　　上位監(jiān)控計(jì)算機(jī)采用西門子公司的PⅢ450 加54cm 彩顯，打印機(jī)，軟件平臺(tái)為隨機(jī)所帶的原版Windows NT Workstation 軟件，工控組態(tài)軟件為德國西門子公司的工業(yè)控制組態(tài)軟件WinCC ，即“WINDOWS CONTROL CENTER”（窗口控制中心）——為在標(biāo)準(zhǔn)PC 和WINDOWS NT 環(huán)境下實(shí)現(xiàn)集成化全32 位的HMI （人機(jī)界面）的功能。WinCC5.0 具有的特點(diǎn)：① 全集成自動(dòng)化，使STEP7 編程環(huán)境更貼近于WinCC 的組態(tài)環(huán)境；② 組態(tài)更加高效，易于操作，最大地減少組態(tài)時(shí)間，是成功的HMI/SCADA 軟件的一個(gè)主要標(biāo)準(zhǔn)，SIMATIC WinCC 一直遵循這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)；③ WinCC 是按照客戶機(jī)／服務(wù)器系統(tǒng)設(shè)計(jì)的，最多支持16 個(gè)客戶機(jī)；④ WinCCWeb 瀏覽器功能允許通過國際互聯(lián)網(wǎng)Internet或企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)Internet 對(duì)工廠設(shè)備進(jìn)行監(jiān)視甚至操作；⑤ WinCC5.5 對(duì)MessengerGuardian （信使和看護(hù)者）可選功能進(jìn)行了升級(jí)，主要的新功能是通過網(wǎng)絡(luò)的攝像監(jiān)視，且在看護(hù)者計(jì)算機(jī)上支持多攝像機(jī)監(jiān)視；⑥ 開放式結(jié)構(gòu)，易學(xué)易用，支持全序列的SIMATIC PLC ；⑦ 集成的SQL 數(shù)據(jù)有利于數(shù)據(jù)的存取和交流，并且支持0LE2.0 及OCX 控件。上位監(jiān)控計(jì)算機(jī)的生產(chǎn)數(shù)據(jù)存人SQL 數(shù)據(jù)庫。