發布日期：2022-04-18 點擊率：125
摘要:介紹了PROFIBus—DP現場總線的特點及其在化纖滌綸短絲后處理牽伸聯合機的應用，方便了工藝操作，提高了系統的穩定性與準確性。
關鍵詞:現場總線;后處理牽伸聯合機;人機界面
1 前言
在化纖滌綸短絲的生產工藝流程中，后處理牽伸聯合機是整個生產線中的關鍵設備，各單元機的控制精度直接影響成品絲的質量。采用傳統的機械長邊軸或同步調節器控制，對各單元機之問的工藝比例倍數調整極不方便，且控制精度難以保證。所以，為了方便對各工藝參數的調節，提高整個系統的控制精度和可靠性，采用“西門子TP170A觸摸屏+S7—300PLC+矢量控制型逆變器”的控制模式，并采用PROFIBUS—DP作為主通信方式。
2 PROFIBUS—DP現場總線
PROFIBUS是德國國家標準DIN 19245和歐洲標準EN 50170的現場總線標準。PROFIBUS廣泛應用于加工制造、過程和樓宇自動化等行業。PROFIBUS根據應用特點分為PROFIBUS—DP，PROFIBUS—FMS，PROFIBUS—PA。其特點分別為：PROFIBUS—DP（工廠自動化），快速即插即用；PROFIBUS—FMS（通用性自動化），通用、大范圍使用、多主通信；PROFIBUS—PA（過程自動化），面向應用、總線供電、本質安全。PROFIBUS—DP用于設備級的高速數據傳送，中央控制器通過高速串行線同分散的現場設備進行通信，多數數據交換是周期性的，除此以外，智能化現場設備還需要非周期性通信，以進行配置診斷和報警處理。
PROFIBUS各種協議的實現可以通過PROFIBUS的相應專門協議芯片和微處理器的結合來完成。在電力傳動領域，各個公司分別推出自己的實現PROFIBUS各種協議的通信模板，直接插入變頻器內就可以完成通訊。如：西門子公司SIMOVERTMASTERDRIVERS變頻器中的CBP板，艾默生變頻器的TDS—PA01適配器。現就滌綸短絲后處理牽伸聯合機自動化控制系統中PROFIBUS的具體應用作一描述。
3 滌綸短絲后處理牽伸聯合機PROFIBUS現場總線的應用
3．1 滌綸短絲后處理牽伸聯合機傳動系統
本文以滌綸短絲后處理牽伸聯合機自動化控制系統為例，介紹PROFIBUS現場總線應用。
化纖聚酯切片經熔融紡絲卷繞上油形成絲束喂人盛絲桶內，盛絲桶里的絲束從集束架引出，經過浸油槽上油，進入第一牽伸機；本生產線共有兩道牽伸，一道牽伸在第一牽伸機和第二牽伸機之間進行；一道牽伸所需的牽伸溫度是75～80℃ ，由水浴牽伸槽提供。二道牽伸是在第二牽伸機和第三牽伸機之間的蒸汽牽伸箱中進行，牽伸溫度約為95～100～C；牽伸后的絲束由疊絲機將其疊成一片，送入卷曲機使絲束卷曲成形。系統結構組成如圖1所示。
系統使用6套西門子矢量控制型逆變器，分別驅動6臺單元機。PLC采用西門子S7—300系列。在主控柜內設置PLC主站，現場操作臺上裝有西門子TP170A型觸摸屏，觸摸屏與各變頻器均為從站。PLC通過PROFIBUS—DP現場總線將主站與從站全部連接起來組成了一個工業現場總線系統，即提高了系統的可靠性與穩定性，也極大地方便了工藝人員和操作人員。該系統主要有以下特點和功能：矢量控制變頻技術，電動機上的編碼器和逆變器構成速度閉環；能耗制動加機械制動，停車時自動投入制動工作，工作可靠，制動平穩，實現了高速下的快速停車；先進的工業現場總線PROFIBUS總線；觸摸屏使用戶操作方便，速度、電流、溫度及壓力等工藝參數實時顯示及設定電氣系統運行監控與顯示，故障顯示、診斷、報警等；系統設單動 動選擇開關，當選擇開關處于單動位置時，各單元機可按設定的單動速度運行，當選擇開關處于聯動位置時，聯合機按設定的拉伸比例同步運行。
3．2 PROFIBUS—DP網絡組成
利用S7—300 CPU313C一2DP作為主站，逆變器加CBP板、現場觸摸屏（TP170A）作為從站，組成一個單主PROFIBUS—DP通信系統。DP適用于數據高速通信的場合，采用RS 485雙絞線電纜或光纖電纜，波特率可達到12 Mbps，采用點對點（用戶數據與傳輸）或廣播（控制指令）方式，支持循環的主從數據傳輸。PROFIBUS網絡組成如圖2所示。
由于PLC主站和所有從站都為西門子產品，所以都滿足了PROFIBUS總線通信協議。在本系統中，采用RS 485屏蔽雙絞線作為通信介質，通信波特率為1．5 Mbps，PROFIBUS為總線拓撲結構環形網絡。PROFIBUS—DP主要使用主一從方式，PLC主站周期性地與傳動裝置進行數據交換。在PRO—FIBUS結構中，周期性通道MSCY—C1的可用數據被定義為參數過程對象PPO，可用數據結構分成不同兩部分并用報文形式分別傳送：PZD部分（包括控制字，設定值，狀態字和實際值）；PKW（用于讀、寫參數值）。當總線系統啟動時，這種用于PROFIBUS主站到傳動裝置的PPO類型可以被設置，設置哪種類型的PPO，取決于在自動化網絡中傳動裝置的功能。
PROFIBUS裝置有各種不同特性，為了所有主站系統能正確調用所使用的附加板，必須需要每一個裝置的主數據文件GSD。為了能夠有效通信，在STEP7中，必須為每一總線設備設定地址，以便主站尋址。在CBP板設置的通信參數有：P918（總線地址），P712（PPO類型），P722（過程數據的報文故障時間）。
本系統采用了PROFIBUS—DP總線，使得系統節省了到機臺的大量電纜，增加了可靠性，減少了變頻系統的干擾，便于人員操作和維護。
3．3 PROFIBUS的診斷功能
PROFIBUS具有強大的診斷功能，當接到從站傳到的警報或錯誤時，主站迅速作出反應中止正常通信，對故障快速定位。這種診斷信息分為三級：本站診斷操作和模塊診斷操作、通斷診斷操作。故障清除以后，總線恢復正常通信。
4 軟件設計與控制
系統軟件設計主要由2個部分構成，一部分是PLC的控制軟件設計，另一部分是觸摸屏的畫面組態設計。
從功能上講，PLC主要完成系統的初始化，各種數字I／O量的控制，故障監測和自診斷控制，同步系數、拉伸系數的設置與各段輸出數據信號的計算以及與觸摸屏間的通信等。整個PLC的工作流程如圖3所示。
軟件主要由主程序，自診斷程序，數據運算程序組成，它以循環掃描的工作方式執行。觸摸屏的畫面組態包括創建顯示畫面和編輯信息，并將它們與PLC程序相鏈接，它主要由3個部分組成，第1部分是工作畫面示意圖，系統的工藝流程及各項參數都顯示在上面，工藝操作人員能及時了解系統工作情況。第2部分是系統工作參數的實時控制，包括拉伸系數，同步系數，各減速箱的減速比，制動延時時間的設定與修改，為防止有人誤操作而對系統產生破壞，可以為不同的操作人員設定不同的操作密碼和相應的操作權限，以保障系統安全和生產安全。第3部分是報警功能及幫助信息設置，當PLC檢測到系統運行中發生故障時，就把相應的故障信息傳給觸摸屏，觸摸屏顯示相應的報警畫面，顯示故障內容及幫助信息的鏈接，提示維護人員做相應的處理。
5 前景及優越性
電力傳動是工業自動化的一個重要分支領域，電力控制裝置隨著功率電子學，微電子學和計算機技術的發展，以具有相當水平的自治性和智能化。現場總線技術在電力傳動領域中的應用，具有以下優點：一是推動電力傳動裝置全數字化。由于現場總線系統的開發性，不同廠家的設備之間可以實現信息交換，用戶可以按自己的需要和考慮，把來自不同廠家的設備組成大小隨意的系統。使得生產廠家在應用現場總線技術到產品時，將進一步加大裝置數字化。二是降低電力傳動控制系統的安裝成本和維護費用。由于現場總線系統中分散在現場的智能設備能直接執行多種傳感控制報警和計算功能，從而可減少系統硬件投資。而且現場總線系統接線十分簡單，電纜、端子、槽盒、橋架的用量大大減少，節省了安裝費用。由于現場控制設備具有自診斷和處理簡單故障的能力，并通過數字通訊將相關的診斷維護信息送往控制室，使用戶可查詢所有設備的運行，診斷維護信息，以便早期分析故障原因并快速解除。三是充分應用軟件功能，提高系統復雜控制的能力。由于現場總線系統設備的智能化、數字化，與模擬信號相比較，它從根本上提高了測量與控制的精度；減少了傳送誤差。同時由于系統結構簡單，減少了信號的往返傳輸，提高了系統的可靠性。
6 結束語
生產實踐已經證明，此方案具有簡單實用、運行穩定可靠、操作維護方便等特點，已成功地應用于化纖滌綸短絲后處理牽伸聯合機上，取得了很好的經濟效益和良好的社會效益。
參考文獻
1 陽憲惠．現場總線技術及其應用[M]．北京：清華大學出版社，1998．
2 西門子（中國）有限公司．SIMATIC S7—300可編程控制器系統手冊，2004．
3 西門子（中國）有限公司．STEP7 V5．1編程手冊，2004
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