现场总线控制系统在化纤纺织机械中的应用

逻辑运算控制和过程控制系统之间的通信网络。CAN现场总线采用物理层、数据链路层和应用层结构模型，CAN接口器件完成网络的物理层和数据链路层的功能，处理器完成应用层的功能。CAN现场总线通讯时采用短帧结构，具有传输速度快，抗干扰能力强等优点；由于总线具有优先级不同的节点，可满足实时性、可靠性的要求。可以使用双绞线、同轴电缆或光纤作为传输介质，该总线最大寻址节点数可达99个，传输速率最高为5Mbit/s；使用同轴电缆和标准连接头连接时，最大传输距离可达1km；采用光缆通讯时，最大传输距离为25km。主要应用在纺织机械、液压系统、汽车制造、分散性I/O、机器人、医疗器械和工具机床等领域。

2.3 LonWorks总线

局部操作网络技术总线(Local OperationNetwork)是美国Echelon公司开发的现场总线技术，其通信速率最低为300 kbit／s，最高可以达到1.5 Mbit/s，通信距离最高可达2 700m。LonWorks总线使用同轴电缆、无线电、双绞线、电力线、光纤等多种物理通讯介质；使用多种拓扑结构组成不同的网络，由与ISO参考模型类似的7层网络协议组成。在LonWorks总线的全部7层协议中，采用网络逻辑地址寻址方式，优先级机制保证了通信的实时性，安全机制采用证实方式，因此通过该总线可以构建大型网络控制系统。LonWorks总线主要应用于工业控制、楼宇自动化等领域。

3 传统控制系统和现场总线控制系统的区别

现场总线技术就是设备层的工业控制网络技术，也就是连接现场智能设备(例如变频器、PLC等)和车间的通讯网络，更适合于中等量数据(100—500)的传输。现场总线技术与传统的控制方法(如DCS系统)相比，有以下区别：

(1)在传统控制系统中，控制器(或称CPU或处理器)与VO模块及其他功能模块、机架为同一系列产品，有一致的物理结构设计，传统PLC控制系统的I/O设备与PLC I/O模块连接，PLC通过模拟量(4—20 mA)或开关量(如24VDC)控制监测现场设备。

(2)现场总线控制系统中，现场设备如传感器、变送器、开关设备、驱动器、执行机构等具有现场总线接口，控制器通过标准的现场总线与现场设备连接。控制器与现场设备连接是通过标准的现场总线，因此没有必要使用与控制器捆绑的I／O模块产品，可使用任何一家厂商制造的具有现场总线接口的现场设备与控制器集成。

4 应用案例

近年来，国内外纺织机械厂先后将基于现场总线技术的现场总线控制系统应用于纺纱、织造、化纤、非织造、染整纺织机械中，将具有国际标准的模块化的现场设备代替传统的测量、控制设备，使用不同的现场总线技术组成现场总线控制系统，由于这些现场总线系统具有硬件设计简单，布线成本低、安全可靠性高等优点，越来越得到生产和制造企业的认可。国外制造的大容量涤纶纺丝、后处理生产线采用了Profibus过程总线控制系统；国内上海太平洋机电集团开发的年产3万t涤纶短纤维生产线，同样使用了基于Profibus过程总线的现场总线控制系统。在纺纱机械方面，上海第二纺机集团开发的新型粗纱机采用多电机驱动的CAN控制器局域网络总线控制系统；瑞士苏尔寿公司生产的G6300剑杆织机，其送经、卷取等几大机构采用伺服电动机控制，使用32位的多处理器作为主控制器，织机中的各个现场设备用CAN现场总线连接组成控制网络，织机工艺参数、织物组织规格等操作参数可以远程或现场设定。

下面通过一个实例——大型涤纶短纤维纺丝联合机控制系统，介绍现场总线控制系统在化纤纺织机械中的应用。

大型涤纶短纤维纺丝系指年产3万t以上涤纶短纤维直接纺丝。主要工艺流程为：熔体分配→纺丝→集束→牵引→喂入→装筒→丝桶输送。设备组成是：熔体配管，纺丝箱体，纺丝泵，喷丝板，丝束冷却装置，上油装置(泵)，生头装置，牵引装置，卷绕喂入装置，盛丝装置。

大型涤纶短纤维纺丝联合机控制系统采用工业计算机作为上位机、PLC为各分系统的控制核心。各分系统的PLC与各变频器、伺服控制器、现场I/O等通过现场总线(Profibus—DP)进行通讯，构成现场总线控制系统。纺丝联合机的控制可以分为纺丝、卷绕喂入和盛丝三套控制系统，PLC为主站，各变频器、伺服控制器、现场I/O等均为从站，其间的通讯采用Profibus-DP总线。根据用户的需要，本系统可设置操作员站、工程师站、报表打印等。PLC也可与上位机通讯(总线或以太网)，人机界面采用触摸屏，可方便地在触摸屏上设定纺丝工艺参数，具有运行控制、工况显示、故障报警、显示以及数据记录、查询等功能。

4.1纺丝控制系统

纺丝控制系统方框图如图2所示。纺丝PLC对32台纺丝泵和1台上油泵的变频器调