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)；