現場(chǎng)總線(xiàn)在滌綸短絲后處理聯(lián)合機中的實(shí)際應用

1　前言

在化纖滌綸短絲的生產(chǎn)工藝流程中，后處理牽伸聯(lián)合機是整個(gè)生產(chǎn)線(xiàn)中的關(guān)鍵設備，各單元機的控制精度直接影響成品絲的質(zhì)量。采用傳統的機械長(cháng)邊軸或同步調節器控制，各單元機之間的工藝比例倍數調整極不方便，且控制精度難以保證。所以，為了方便對各工藝參數的調節，提高整個(gè)系統的控制精度和可靠性，采用“西門(mén)子TP170A觸摸屏+S7-300PLC+矢量控制型逆變器”的控制方案。

2 PROFIBUS-DP現場(chǎng)總線(xiàn)簡(jiǎn)介

PROFIBUS是德國國家標準DIN19245和歐洲標準EN50170的現場(chǎng)總線(xiàn)標準。PROFIBUS廣泛應用于加工制造、過(guò)程和樓宇自動(dòng)化等行業(yè)。PROFIBUS根據應用特點(diǎn)分為PROFIBUS-DP，PROFIBUS-FMS，PROFIBUS-PA。其特點(diǎn)分別為：PROFIBUS-DP (工廠(chǎng)自動(dòng)化) ，快速即插即用;PROFIBUS-FMS (通用性自動(dòng)化)，通用、大范圍使用、多主通信;PROFIBUS-PA (過(guò)程自動(dòng)化)，面向應用、總線(xiàn)供電、本質(zhì)安全。PROFIBUS-DP用于設備級的高速數據傳送，中央控制器通過(guò)高速串行線(xiàn)同分散的現場(chǎng)設備進(jìn)行通信，多數數據交換是周期性的，除此以外，智能化現場(chǎng)設備還需要非周期性通信，以進(jìn)行配置診斷和報警處理。

PROFIBUS協(xié)議的實(shí)現可以通過(guò)PROFIBUS的專(zhuān)門(mén)協(xié)議芯片和微處理的結合來(lái)完成。在電力傳動(dòng)領(lǐng)域，各個(gè)公司分別推出自己的實(shí)現 PROFIBUS協(xié)議的通信模板，直接插入變頻器內就可以完成通訊。如SIEMENS SIMOVERT MASTERDRIVERS變頻器中的CBP板，艾默生變頻器的TDS-PA01適配器?，F就滌綸短絲后處理牽伸聯(lián)合機傳動(dòng)系統中PROFIBUS的具體應用作一描述。

3 滌綸短絲后處理牽伸聯(lián)合機PROFIBUS現場(chǎng)總線(xiàn)的應用

3.1 滌綸短絲后處理牽伸聯(lián)合機傳動(dòng)系統簡(jiǎn)介

本文以滌綸短絲后處理牽伸聯(lián)合機傳動(dòng)系統為例,介紹現場(chǎng)總線(xiàn)在牽伸聯(lián)合機系統中的應用。

化纖聚酯瓶片經(jīng)熔融紡絲卷繞上油形成絲束喂入盛絲桶內，盛絲桶里的絲束從集束架引出，經(jīng)過(guò)浸油槽上油，進(jìn)入第一牽伸機;本生產(chǎn)線(xiàn)共有兩道牽伸，一道牽伸在第一牽伸機和第二牽伸機之間進(jìn)行;一道牽伸所需的牽伸溫度是75～80℃，由水浴牽伸槽提供。二道牽伸是在第二牽伸機和第三牽伸機之間的蒸汽牽伸箱中進(jìn)行，牽伸溫度約為95～100℃;牽伸后的絲束由由疊絲機將其疊成一片，送卷曲機使絲束卷曲成形。系統結構組成如圖1所示。

系統使用6套西門(mén)子矢量控制型逆變器，分別驅動(dòng)六臺單元機。PLC采用西門(mén)子S7-300系列。在主控柜內設置PLC主站，現場(chǎng)操作臺上裝有西門(mén)子 TP170A型觸摸屏，觸摸屏與各變頻器均為從站。PLC通過(guò)PROFIBUS-DP現場(chǎng)總線(xiàn)將主站與從站全部連接起來(lái)組成了一個(gè)工業(yè)現場(chǎng)總線(xiàn)系統，即提高了系統的可靠性與高性能比，也極大地方便了工藝人員和操作人員。該系統主要有以下特點(diǎn)和新功能：①矢量控制變頻技術(shù)，電機上的編碼器和逆變器構成速度閉環(huán);②能耗制動(dòng)加機械制動(dòng)，停車(chē)時(shí)自動(dòng)投入制動(dòng)工作，工作可靠，制動(dòng)平穩，實(shí)現了高速下的快速停車(chē);③先進(jìn)的工業(yè)現場(chǎng)總線(xiàn)系統與PROFIBUS總線(xiàn);④ 觸摸屏使用戶(hù)操作方便，速度、電流等數據實(shí)時(shí)顯示，電氣系統運行監控與顯示，故障顯示，診斷，報警等。

3.2 PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò )組成

利用S7-300 CPU313C-2DP作為主站,逆變器加CBP板、現場(chǎng)觸摸屏(TP170A)作為從站，組成一個(gè)單主PROFIBUS-DP通信系統。DP適用于數據高速通信的場(chǎng)合，采用RS-485雙絞線(xiàn)電纜或光纖電纜，波特率從9.6Kbps-12Mbps,采用點(diǎn)對點(diǎn)(用戶(hù)數據與傳輸)或廣播(控制指令)方式, 支持循環(huán)的主從數據傳輸。 PROFIBUS網(wǎng)絡(luò )組成圖如圖2所示。

由于PLC主站和所有從站都為SIEMENS公司產(chǎn)品，所以都滿(mǎn)足PROFIBUS總線(xiàn)通信協(xié)議。在本系統中，采用RS485屏蔽雙絞線(xiàn)作為通信介質(zhì)，通信波特率為1.5Mbps,為PROFIBUS環(huán)形網(wǎng)絡(luò )。PROFIBUS-DP主要使用主-從方式，PLC主站周期性地與傳動(dòng)裝置進(jìn)行數據交換。在PROFIBUS結構中，周期性通道MSCY-C1的可用數據被定義為參數過(guò)程對象PPO，可用數據結構分成不同兩部分且用報文分別傳送：PZD部分(包括控制字，設定值，狀態(tài)字和實(shí)際值);PKW(用于讀、寫(xiě)參數值)。當總線(xiàn)系統啟動(dòng)時(shí)，這種用于PROFIBUS主站到傳動(dòng)裝置的PPO類(lèi)型可以被設置，設置那種類(lèi)型的PPO，取決于在自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò )中傳動(dòng)裝置的功能。

PROFIBUS裝置有各種不同特性，為了所有主站系統能正確調用所使用的附加板，必須需要每一個(gè)裝置的主數據文件GSD。為了能夠有效通信，在STEP7中，必須為每一總線(xiàn)設備設定地址，以便主站尋址。在CBP板設置的通信參數有：P918(總線(xiàn)地址)，P712(PPO類(lèi)型)，P722(過(guò)程數據的報文故障時(shí)間)。

本系統采用了PROFIBUS-DP總線(xiàn)，使得系統節省了到機臺的大量電纜，增加了可靠性，減少了變頻系統的干擾，便于人員操作和維護。

3.3 PROFIBUS的診斷功能

PROFIBUS具有強大的診斷功能,當接到從站傳到的警報或出錯時(shí),主站迅速作出反應中止正常通信,對故障快速定位。這種診斷信息分為三級：本站診斷操作、模塊診斷操作、通斷診斷操作。故障清除以后，總線(xiàn)恢復正常通信。

4.現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)應用于電力傳動(dòng)系統的前景及優(yōu)越性

電力傳動(dòng)是工業(yè)自動(dòng)化的一個(gè)重要分支領(lǐng)域，電力控制裝置隨著(zhù)功率電子學(xué)，微電子學(xué)和計算機技術(shù)的發(fā)展，以具有相當水平的自治性和智能化?，F場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)在電力傳動(dòng)領(lǐng)域中的應用，具有以下優(yōu)點(diǎn)：①推動(dòng)電力傳動(dòng)裝置全數字化。由于現場(chǎng)總線(xiàn)系統的開(kāi)發(fā)性，各個(gè)不同廠(chǎng)家的設備之間可以實(shí)現信息交換，用戶(hù)可以按自己的需要和考慮，把來(lái)自不同廠(chǎng)家的設備組成大小隨意的的系統。使得生產(chǎn)廠(chǎng)家在應用現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)到產(chǎn)品時(shí)，將進(jìn)一步加大裝置全數字化。②降低電力傳動(dòng)控制系統的安裝成本和維護費用。由于現場(chǎng)總線(xiàn)系統中分散在現場(chǎng)的智能設備能直接執行多種傳感控制報警和計算功能，因而可減少變送器的數量等，從而減少系統硬件投資。而且現場(chǎng)總線(xiàn)系統接線(xiàn)十分簡(jiǎn)單，電纜、端子、槽盒、橋架的用量大大減少，節省了安裝費用。由于現場(chǎng)控制設備具有自診斷和處理簡(jiǎn)單故障的能力， 并通過(guò)數字通訊將相關(guān)的診斷維護信息送往控制室，用戶(hù)可查詢(xún)所有設備的運行，診斷維護信息，以便早期分析故障原因并快速解除。③充分應用軟件功能，提高系統復雜控制的能力。由于現場(chǎng)總線(xiàn)系統設備的智能化、數字化，與模擬信號相比較，它從根本上提高了測量與控制的精度;減少了傳送誤差。同時(shí)由于系統結構簡(jiǎn)單，減少了信號的往返傳輸，提高了系統的可靠性。PLC與傳動(dòng)裝置之間減少了直接輸入輸出電纜連接，充分應用軟件功能，所有控制量都通過(guò)現場(chǎng)總線(xiàn)得以實(shí)現，進(jìn)而提高了系統復雜控制的能力。