FCS在大容量滌綸短纖紡絲生產(chǎn)線(xiàn)中的應用

　　一、工藝流程及概況
　　
　　熔體直接紡大容量滌綸紡絲生產(chǎn)線(xiàn)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(gè)紡絲箱，有36個(gè)紡絲位，每個(gè)紡絲位配置一臺高精度的計量泵。直紡熔體經(jīng)增壓泵增壓后由熔體輸送管將熔體輸送至紡絲箱，經(jīng)計量泵計量后由噴絲板噴出，通過(guò)中心內環(huán)吹裝置，受空氣冷卻固化后進(jìn)入卷繞機，各紡絲位絲束經(jīng)過(guò)上油裝置后進(jìn)入牽引機，再由喂入機送入盛絲桶往復機。
　　
　　日產(chǎn)150噸大容量滌綸短纖維紡絲生產(chǎn)線(xiàn)電氣控制系統是基于PLC的現場(chǎng)總線(xiàn)的分布式控制系統(FCS)。系統的控制范圍涵蓋熔體直接紡生產(chǎn)線(xiàn)的熔體配管增壓泵到盛絲桶往復機的全部范圍。
　　
　　二、控制系統的特點(diǎn)
　　
　　大容量滌綸短纖維紡絲生產(chǎn)線(xiàn)電氣自動(dòng)控制系統的主要特點(diǎn)：
　　1、采用基于現場(chǎng)總線(xiàn)的控制系統FCS，系統高度穩定可靠，有很強的抗干擾能力；
　　2、開(kāi)放式的總線(xiàn)，容納第三方設備；
　　3、變頻調速采用高精度的Siemens 變頻傳動(dòng)系統；
　　4、實(shí)現全數字化、全現場(chǎng)化控制；
　　5、設備集中監控、友好的人機界面；
　　6、可以實(shí)現車(chē)間和工廠(chǎng)級的信息化管理，向信息系統自動(dòng)提供實(shí)時(shí)數據；
　　
　　三、控制系統架構
　　
　　1、系統結構
　　整個(gè)控制系統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，變頻控制柜和現場(chǎng)I/O及現場(chǎng)設備等組成。系統結構示意圖如〈圖一〉所示：
　　
　　2、功能組成
　　如上圖所示，控制系統分為三個(gè)控制層次：
　　中央監控管理層---工業(yè)PC計算機、HMI觸摸屏
　　生產(chǎn)過(guò)程邏輯判斷和數據采集層---S7 PLC
　　設備運行操作層---MCC控制柜和現場(chǎng)I/O及現場(chǎng)設備
　　下面對各層次的功能和它們之間的聯(lián)系做簡(jiǎn)單的介紹：
　　上位工業(yè)PC機以圖形畫(huà)面顯示設備模型及運行狀態(tài)，監控和修改各個(gè)工藝參數，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(shí)現對所有PLC內存單元的讀寫(xiě)。系統運行時(shí)，通過(guò)讀取PLC內存單元中的內容，上位機可以將系統的運行過(guò)程用畫(huà)面的形式顯示，對之進(jìn)行監控，同時(shí)，通過(guò)向PLC的內存單元寫(xiě)入數據，可以下發(fā)命令給PLC，控制系統的運行。開(kāi)發(fā)工業(yè)PC機程序時(shí)，充分利用了軟件系統提供的資源，使開(kāi)發(fā)過(guò)程快速便捷。
　　
　　PLC與上位工業(yè)PC機的通信采用西門(mén)子專(zhuān)用的Profibus或Ethernet通信模塊，通過(guò)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(shí)時(shí)數據及狀態(tài)，接收并執行上位機、觸摸屏的實(shí)時(shí)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及各單元機的實(shí)時(shí)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(dòng)控制系統采用西門(mén)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(jìn)行監控，同時(shí)通過(guò)Profibus現場(chǎng)總線(xiàn)控制計量泵及油濟泵傳動(dòng)變頻器；現場(chǎng)智能I/O采用ET200模塊，通過(guò)Profibus現場(chǎng)總線(xiàn)與CPU完成數據高速傳輸，現場(chǎng)I/O模塊對環(huán)吹小車(chē)升降、進(jìn)退及計量泵起停進(jìn)行控制。ET200作為從站，通過(guò)IM153-2與CPU完成。紡絲箱體ET200從站歸紡絲PLC。通過(guò)CP340通訊模塊與聯(lián)苯爐溫度控制器RKC-D系列儀表進(jìn)行通訊; 在紡絲層設有一個(gè)現場(chǎng)操作臺，在操作臺上設設置一個(gè)Siemens HMI觸摸屏，可在現場(chǎng)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(dòng)控制系統采用西門(mén)子S7 PLC通過(guò)數字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(jìn)行控制，同時(shí)經(jīng)過(guò)PROFIBUS現場(chǎng)總線(xiàn)控制牽引輥、導絲輥、喂入輪、上油傳動(dòng)變頻器速度或頻率，并在牽引喂入機處設有一個(gè)操作臺，在操作臺上設置一個(gè)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(dòng)控制系統單獨采用一套西門(mén)子S7 PLC，通過(guò)PROFIBUS現場(chǎng)總線(xiàn)控制盛絲桶往復機縱向、橫向傳動(dòng)伺服變頻器以及現場(chǎng)I/O，盛絲桶往復機主機橫動(dòng)小車(chē)及縱動(dòng)小車(chē)傳動(dòng)采用了西門(mén)子CUMC伺服控制系統，對橫動(dòng)小車(chē)及縱動(dòng)小車(chē)進(jìn)行定位控制。精確控制盛絲桶往復裝置的定位及往復運動(dòng)。盛絲桶往復裝置的操作臺上設置一個(gè)Siemens OP操作面板，可進(jìn)行定時(shí)控制。
　　
　　五、軟件設計
　　PLC的軟件設計主要有以下幾個(gè)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(jiàn)<圖二>,在進(jìn)行硬件組態(tài)時(shí)就要確定PROFIBUS通訊的PPO通訊類(lèi)型，根據PPO的類(lèi)型和要通訊的變頻器的數量，生成一個(gè)相對應的DB塊，西門(mén)子變頻器的50Hz對應的頻率代表值為16384，根據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(guò)西門(mén)子提供的功能塊FC21、FC22、FC23進(jìn)行編程，在OB100中調用功能塊FC23對PROFIBUS通訊進(jìn)行初始化。調用
　　
　　功能塊FC21對變頻器進(jìn)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(guò)上位機和HMI觸摸屏與PLC進(jìn)行數據交換，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。
　　
　　2、S7-300PLC與RKC-D系列儀表進(jìn)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(jiàn)<圖三>,根據RKC-D系列儀表提供的RS485通訊協(xié)議，在S7-300PLC編程時(shí)生成兩個(gè)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(guò)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(guò)調用FB2發(fā)送組織塊，通過(guò)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(jìn)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(jìn)行通訊
　　
　　紡絲、卷繞部分的PLC通過(guò)總線(xiàn)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(jiǎn)潔、清晰的風(fēng)格組態(tài)各個(gè)操作畫(huà)面，畫(huà)面上準確明了地以圖形方式表示出當前生產(chǎn)線(xiàn)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(guò)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(jìn)行設定和修改；可對卷繞油濟泵的速度進(jìn)行設定和修改；牽引、喂入機系統設置中速和工藝速二檔速度。實(shí)現系統的工藝參數設置、運行控制、工況顯示、報警顯示、運行和報警數據記錄和查詢(xún)、打印等功能。
　　
　　 六、結束語(yǔ)
　　
　　通過(guò)PROFIBUS或Ethernet網(wǎng)使PLC與上位工業(yè)PC機、HMI操作屏進(jìn)行通訊，通個(gè)PLC的PROFIBUS網(wǎng)對變頻器和現場(chǎng)I/O及現場(chǎng)設備進(jìn)行通訊，通過(guò)網(wǎng)絡(luò )傳送過(guò)程數據，這種基于現場(chǎng)總線(xiàn)的分布式控制系統(FCS) 減少了現場(chǎng)布線(xiàn)工作量和維護工作量、規范了軟件程序的編制、同時(shí)系統具有易于擴展并對整個(gè)生產(chǎn)線(xiàn)的工藝參數進(jìn)行集中管理的優(yōu)點(diǎn)?？傊?，FCS在滌綸紡絲生產(chǎn)線(xiàn)中的應用降低了系統設計、制造、安裝、維護的成本，并提高了系統的控制精度和系統的可靠性。該系統已成功應用在我公司的日產(chǎn)150噸大容量滌綸短纖紡絲生產(chǎn)線(xiàn)上。