FCS在大容量涤纶短纤纺丝生产线中的应用

　　一、工艺流程及概况
　　
　　熔体直接纺大容量涤纶纺丝生产线的工艺流程：熔体增压泵---熔体输送管---纺丝箱体---计量泵---中心内环吹装置---卷绕机---牵引机---喂入机---盛丝桶往复机。本联合机共有6个纺丝箱，有36个纺丝位，每个纺丝位配置一台高精度的计量泵。直纺熔体经增压泵增压后由熔体输送管将熔体输送至纺丝箱，经计量泵计量后由喷丝板喷出，通过中心内环吹装置，受空气冷却固化后进入卷绕机，各纺丝位丝束经过上油装置后进入牵引机，再由喂入机送入盛丝桶往复机。
　　
　　日产150吨大容量涤纶短纤维纺丝生产线电气控制系统是基于PLC的现场总线的分布式控制系统(FCS)。系统的控制范围涵盖熔体直接纺生产线的熔体配管增压泵到盛丝桶往复机的全部范围。
　　
　　二、控制系统的特点
　　
　　大容量涤纶短纤维纺丝生产线电气自动控制系统的主要特点：
　　1、采用基于现场总线的控制系统FCS，系统高度稳定可靠，有很强的抗干扰能力；
　　2、开放式的总线，容纳第三方设备；
　　3、变频调速采用高精度的Siemens 变频传动系统；
　　4、实现全数字化、全现场化控制；
　　5、设备集中监控、友好的人机界面；
　　6、可以实现车间和工厂级的信息化管理，向信息系统自动提供实时数据；
　　
　　三、控制系统架构
　　
　　1、系统结构
　　整个控制系统的结构采用分层控制方式，由上位工业PC机、HMI触摸屏、OP操作屏、S7 PLC，变频控制柜和现场I/O及现场设备等组成。系统结构示意图如〈图一〉所示：
　　
　　2、功能组成
　　如上图所示，控制系统分为三个控制层次：
　　中央监控管理层---工业PC计算机、HMI触摸屏
　　生产过程逻辑判断和数据采集层---S7 PLC
　　设备运行操作层---MCC控制柜和现场I/O及现场设备
　　下面对各层次的功能和它们之间的联系做简单的介绍：
　　上位工业PC机以图形画面显示设备模型及运行状态，监控和修改各个工艺参数，发出控制命令，并完成报警，存档，打印等信息处理。上位机组态软件采用组态王（Kingview6.5）。组态王是目前国内比较广泛用于工业控制的组态软件。组态王能实现对所有PLC内存单元的读写。系统运行时，通过读取PLC内存单元中的内容，上位机可以将系统的运行过程用画面的形式显示，对之进行监控，同时，通过向PLC的内存单元写入数据，可以下发命令给PLC，控制系统的运行。开发工业PC机程序时，充分利用了软件系统提供的资源，使开发过程快速便捷。
　　
　　PLC与上位工业PC机的通信采用西门子专用的Profibus或Ethernet通信模块，通过Profibus或Ethernet网与上位机、触摸屏通讯，PLC向上位机、触摸屏传送设备的实时数据及状态，接收并执行上位机、触摸屏的实时控制指令；在上位机、触摸屏上可以修改各单元机的工艺参数及各单元机的实时状态。
　　
　　四、PLC的配置
　　
　　1、1PLC及2PLC：纺丝机PLC
　　大容量涤纶短纤维纺丝机电气自动控制系统采用西门子2台S7 PLC、模拟量输入模块对纺丝箱体温度、组件压力等对象进行监控，同时通过Profibus现场总线控制计量泵及油济泵传动变频器；现场智能I/O采用ET200模块，通过Profibus现场总线与CPU完成数据高速传输，现场I/O模块对环吹小车升降、进退及计量泵起停进行控制。ET200作为从站，通过IM153-2与CPU完成。纺丝箱体ET200从站归纺丝PLC。通过CP340通讯模块与联苯炉温度控制器RKC-D系列仪表进行通讯; 在纺丝层设有一个现场操作台，在操作台上设设置一个Siemens HMI触摸屏，可在现场修改计量泵及油剂泵变频器的频率。
　　
　　2、3PLC：卷绕牵引喂入PLC
　　卷绕机电气自动控制系统采用西门子S7 PLC通过数字I/O模块卷绕机吸丝、切丝、牵引辊、导入棍、喂入轮、上油泵等对象进行控制，同时经过PROFIBUS现场总线控制牵引辊、导丝辊、喂入轮、上油传动变频器速度或频率，并在牵引喂入机处设有一个操作台，在操作台上设置一个Siemens HMI触摸屏，可设定牵引喂入机的速度。
　　
　　3、4PLC：盛丝桶往复机PLC：
　　盛丝桶往复机电气自动控制系统单独采用一套西门子S7 PLC，通过PROFIBUS现场总线控制盛丝桶往复机纵向、横向传动伺服变频器以及现场I/O，盛丝桶往复机主机横动小车及纵动小车传动采用了西门子CUMC伺服控制系统，对横动小车及纵动小车进行定位控制。精确控制盛丝桶往复装置的定位及往复运动。盛丝桶往复装置的操作台上设置一个Siemens OP操作面板，可进行定时控制。
　　
　　五、软件设计
　　PLC的软件设计主要有以下几个部分：
　　1、S7-300PLC与变频器之间的PROFIBUS通讯：
　　S7-300PLC与变频器之间的PROFIBUS通讯可以设定变频器的频率，读取变频器的运行频率，电流和电压。软件设计