現場總線技術在化纖紡絲機生產線上的應用

0 引言

　　目前，現場總線通信技術已深入到自動控制的各個領域，應用這項技術可以將PLC、變頻器、逆變器、直流驅動器、傳感器各單元相互連成網絡．實現分布式I／0計算機控制。

　　隨著化纖工藝技術水平的不斷發展和提高、對化纖設備提出了越來越高的要求。傳統長邊軸為其驅動方式已遠遠不能滿足工藝要求，開發應用方便靈活，控制性能好的控制系統成為急待解決的問題，單機分電源同步的電驅動系統就成為該設計的首選方案。現場總線技術是化纖行業生產線的最佳自控系統。

1 PROFIBUS現場總線的特點

　　PROFIBUS是最成功的開放式現場總線。適合予多種應用場合。所有自動化設備(眥，PC，(HMI)人一機接口系統以及傳感器和執行器)都可以經過統一的總線進行數據交換和傳輸。相對于各種可能的應用類別。有三種總線形式：fl[IPROFIBUS—DP，PROFIBUS—FMS、PROFIBUS—PA。我們在生產線上應用了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，數據傳輸速率最大可達12M位，s，適用于有分布I／O站和現場設備的自動化系統之間的通訊。它的特點是：非常短的響應時間，抗干擾能力強，并替代4(0)至20MA信號測量這種投資高昂的并行信號傳輸方式。極強的自我故障診斷功能，如：本站診斷，模塊診斷，通道診斷等。

2 紡絲機及其后處理生產線的設備流程及控制特點

　　2.1 紡絲機及生產線的組成

　　紡絲機生產線由紡絲機、卷繞機、盛絲桶往復機主要設備組成。

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

　　2.2 設備的控制特點

　　1)所有傳動均采用交流調速方式。根據牽伸工藝要求。第一牽伸機，第二牽伸機有時會工作在倒拖狀態，即發電狀態。為此我們采用了整流回饋單元構成的公共直流母線的多電機傳動。所有逆變單元及變頻器通過CBP通信板接在PROFIBUS—DP上。

　　2)根據牽伸倍數精度要求高的特點．各單元機增加了旋轉編碼器反饋以提高速度控制的精度。

　　3)為適應不同品種及不同工藝的要求，生產線上配備了一臺工控機。在工控機上可顯示設備工藝流程．顯示主要工藝參數的設定值和過程值，能動態監視各單元機的運行狀態，軟件性(WINCC)③能對各種信息進行歸檔。在不同的權限下，能在線對主要工藝參數進行修改，報表打印各種歷史數據。同時PLC對各種運行狀態進行判斷并及時處理。

　　4)為便于管理．本設計將2條生產線的PLC及工控機組成車間級工業以太網。這樣。2條生產線可互為備用。

3 控制系統的設計方案

　　3.1 現場設備層硬件構成

　　系統硬件以PROFIBUS—DP網絡為基礎．共11臺逆變器．6臺變頻器通過CBP通信板接在PROFIBUS—DP上。主控PLC為兩臺$7414H一2DP，通過同步板組成冗余系統，從而形成雙機熱備份，當一臺PLC出現故障時。另一臺PLC通過同步板可在線實現無擾動切換，保證系統穩定運行。

　　3.2‘車間監控層硬件構成

　　車間監控層硬件以工業以太網為基礎．PLC通過通信模塊CP441-1IT接在工業以太網上．兩臺工控機為研華產品，它們通過工業以太網上組成網絡。

　　3.3 軟件配置應用與開發

　　根據以上系統硬件配置，整個生產線軟件分組態軟件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。在工控機上運行西門子WINCC組態軟件。通過對該軟件的組態來完成工控機與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是根據令牌傳遞過程工作的，即在一個邏輯環中．主站成為一個確定時間窗口的令牌保持者，在這個時間窗口內，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，變頻器進行數據變換．逆變器／變頻器總是從站且每個從站本身都有明確的地址。

　　對于逆變器，變頻器。通信板CBP具有訪問變頻器內部參數設置的能力．它定義了能使主站訪問從站的用戶數據的結構。用戶數據結構被劃分為兩個區域．它們以各自的報文進行數據傳送。A：過程數據區(I)zD)控制字和設定值或狀態字和實際值。B：參數區(PK聊讀，寫參數的一個參數區，即讀出故障或參數的屬性。如最大，最小值等。用戶數據結構特指過程參數數據對象(PPO)。PPO類型共有5種。帶有2個，6個或10個字的過程數據而沒有參數區域的用戶數據。或帶有2個，6個字或10個字的過程數據及一個參數區域的用戶數據。其數據結構有：用戶數據PPO類型；協議帳頭；參數(PKW)；過程數據(PZD)協議帳尾；PROFIBUS信息帳中用戶數據結構。

　　為了兼顧CBP／CBl5種通信板．在STEP7硬件組態和軟件編譯時我們選用PPO類型1，其I／O地址為12—23(12個字節)，而其過程數據(PZD)碼的字節數為4個字節，編程時，可以直接通過強制變量直接訪問I／O來控制逆變器，變頻器。有時。當PZD碼的字節數大于4個字節時，不能通過直接訪問FO來控制逆變器，變頻器，必需在OBI中調用打包接收(SFCl4)和打包發送(SFCl5)來實現對逆變器／變頻器的控制。

　　在軟件的開發過程中．我們是通過調用DVA—S7軟件包(FC21，FC22，FC23)來實現對逆變器／變頻器控制的。該方式在編程時比前兩種方式要復雜一些。但功能要強得多，可以傳輸更多的參數和過程數據．以滿足所有用戶的要求。該方式對上述5種PPO類型均適用。

　　在運行過程中，PLC可以通過訪問報文PKW參數來觀察和更改逆變器／變頻器的任意參數。可以通過訪問報文過程收據PZD來實現控制字和設定值或狀態字和實際值的數據傳輸。工控機通過訪問PLC的數據塊(DBl0)來實現數據傳輸，從而完成對整個系統的監控。

4 結束語

　　PROFIBUS現聲總線技術在我國化纖工業上有著廣闊應用前景和巨大的市場潛力．本設備已在洛陽石化廠生產運行。運行狀況良好。