现场总线技术在化纤纺丝机生产线上的应用

0 引言

　　目前，现场总线通信技术已深入到自动控制的各个领域，应用这项技术可以将PLC、变频器、逆变器、直流驱动器、传感器各单元相互连成网络．实现分布式I／0计算机控制。

　　随着化纤工艺技术水平的不断发展和提高、对化纤设备提出了越来越高的要求。传统长边轴为其驱动方式已远远不能满足工艺要求，开发应用方便灵活，控制性能好的控制系统成为急待解决的问题，单机分电源同步的电驱动系统就成为该设计的首选方案。现场总线技术是化纤行业生产线的最佳自控系统。

1 PROFIBUS现场总线的特点

　　PROFIBUS是最成功的开放式现场总线。适合予多种应用场合。所有自动化设备(眦，PC，(HMI)人一机接口系统以及传感器和执行器)都可以经过统一的总线进行数据交换和传输。相对于各种可能的应用类别。有三种总线形式：fl[IPROFIBUS—DP，PROFIBUS—FMS、PROFIBUS—PA。我们在生产线上应用了PROFIBUS—DP形式。

　　这种形式是主站和从站之间采用轮循的通讯方式，数据传输速率最大可达12M位，s，适用于有分布I／O站和现场设备的自动化系统之间的通讯。它的特点是：非常短的响应时间，抗干扰能力强，并替代4(0)至20MA信号测量这种投资高昂的并行信号传输方式。极强的自我故障诊断功能，如：本站诊断，模块诊断，通道诊断等。

2 纺丝机及其后处理生产线的设备流程及控制特点

　　2.1 纺丝机及生产线的组成

　　纺丝机生产线由纺丝机、卷绕机、盛丝桶往复机主要设备组成。

短纤后处理生产线由下列设备组成：集束架；八辊导丝机：浸油槽；第一牵伸机；l#热风蒸气加热箱；第二牵伸机：2#热风蒸气加热箱；第三牵伸机；叠丝机；蒸气预热箱；卷曲机；铺丝机；松弛热定型机；牵引张力机；切断机；打包机。

　　2.2 设备的控制特点

　　1)所有传动均采用交流调速方式。根据牵伸工艺要求。第一牵伸机，第二牵伸机有时会工作在倒拖状态，即发电状态。为此我们采用了整流回馈单元构成的公共直流母线的多电机传动。所有逆变单元及变频器通过CBP通信板接在PROFIBUS—DP上。

　　2)根据牵伸倍数精度要求高的特点．各单元机增加了旋转编码器反馈以提高速度控制的精度。

　　3)为适应不同品种及不同工艺的要求，生产线上配备了一台工控机。在工控机上可显示设备工艺流程．显示主要工艺参数的设定值和过程值，能动态监视各单元机的运行状态，软件性(WINCC)③能对各种信息进行归档。在不同的权限下，能在线对主要工艺参数进行修改，报表打印各种历史数据。同时PLC对各种运行状态进行判断并及时处理。

　　4)为便于管理．本设计将2条生产线的PLC及工控机组成车间级工业以太网。这样。2条生产线可互为备用。

3 控制系统的设计方案

　　3.1 现场设备层硬件构成

　　系统硬件以PROFIBUS—DP网络为基础．共11台逆变器．6台变频器通过CBP通信板接在PROFIBUS—DP上。主控PLC为两台$7414H一2DP，通过同步板组成冗余系统，从而形成双机热备份，当一台PLC出现故障时。另一台PLC通过同步板可在线实现无扰动切换，保证系统稳定运行。

　　3.2‘车间监控层硬件构成

　　车间监控层硬件以工业以太网为基础．PLC通过通信模块CP441-1IT接在工业以太网上．两台工控机为研华产品，它们通过工业以太网上组成网络。

　　3.3 软件配置应用与开发

　　根据以上系统硬件配置，整个生产线软件分组态软件WINCC①和PLC编程软件STEP7两大部分。其它还有一些如SIMATIC NET，PROFIBUS—DP的DVA—S7等软件包。在工控机上运行西门子WINCC组态软件。通过对该软件的组态来完成工控机与S7圳0PLC②的链接。在此不多加描述。下面以PLC与逆变器，变频器通信为例说明PROFIBUS—DP的通信。

　　PROFIBUS—DP是根据令牌传递过程工作的，即在一个逻辑环中．主站成为一个确定时间窗口的令牌保持者，在这个时间窗口内，拥有令牌的主站能与其它从站通信。PROFIBUS主要使用主从方式，周期性的与逆变器，变频器进行数据变换．逆变器／变频器总是从站且每个从站本身都有明确的地址。

　　对于逆变器，变频器。通信板CBP具有访问变频器内部参数设置的能力．它定义了能使主站访问从站的用户数据的结构。用户数据结构被划分为两个区域．它们以各自的报文进行数据传送。A：过程数据区(I)zD)控制字和设定值或状态字和实际值。B：参数区(PK聊读，写参数的一个参数区，即读出故障或参数的属性。如最大，最小值等。用户数据结构特指过程参数数据对象(PPO)。PPO类型共有5种。带有2个，6个或10个字的过程数据而没有参数区域的用户数据。或带有2个，6个字或10个字的过程数据及一个参数区域的用户数据。其数据结构有：用户数据PPO类型；协议帐头；参数(PKW)；过程数据(PZD)协议帐尾；PROFIBUS信息帐中用户数据结构。

　　为了兼顾CBP／CBl5种通信板．在STEP7硬件组态和软件编译时我们选用PPO类型1，其I／O地址为12—23(12个字节)，而其过程数据(PZD)码的字节数为4个字节，编程时，可以直接通过强制变量直接访问I／O来控制逆变器，变频器。有时。当PZD码的字节数大于4个字节时，不能通过直接访问FO来控制逆变器，变频器，必需在OBI中调用打包接收(SFCl4)和打包发送(SFCl5)来实现对逆变器／变频器的控制。

　　在软件的开发过程中．我们是通过调用DVA—S7软件包(FC21，FC22，FC23)来实现对逆变器／变频器控制的。该方式在编程时比前两种方式要复杂一些。但功能要强得多，可以传输更多的参数和过程数据．以满足所有用户的要求。该方式对上述5种PPO类型均适用。

　　在运行过程中，PLC可以通过访问报文PKW参数来观察和更改逆变器／变频器的任意参数。可以通过访问报文过程收据PZD来实现控制字和设定值或状态字和实际值的数据传输。工控机通过访问PLC的数据块(DBl0)来实现数据传输，从而完成对整个系统的监控。

4 结束语

　　PROFIBUS现声总线技术在我国化纤工业上有着广阔应用前景和巨大的市场潜力．本设备已在洛阳石化厂生产运行。运行状况良好。