PROFIBUS-DP现场总线短丝工艺中的应用

　　在化纤涤纶短丝的生产工艺流程中,后处理牵伸联合机是整个生产线中的关键设备,各单元机的控制精度直接影响成品丝的质量。采用传统的机械长边轴或同步调节器控制,各单元机之间的工艺比例倍数调整极不方便,且控制精度难以保证。所以,为了方便对各工艺参数的调节,提高整个系统的控制精度和可靠性,采用“西门子TP170A触摸屏+S7-300PLC+矢量控制型逆变器”的控制方案。 

　　2 PROFIBUS-DP现场总线简介 

　　PROFIBUS是德国国家标准DIN19245和欧洲标准EN50170的现场总线标准。PROFIBUS广泛应用于加工制造、过程和楼宇自动化等行业。PROFIBUS根据应用特点分为PROFIBUS-DP,PROFIBUS-FMS,PROFIBUS-PA。其特点分别为：PROFIBUS-DP (工厂自动化) ,快速即插即用;PROFIBUS-FMS (通用性自动化),通用、大范围使用、多主通信;PROFIBUS-PA (过程自动化),面向应用、总线供电、本质安全。PROFIBUS-DP用于设备级的高速数据传送,中央控制器通过高速串行线同分散的现场设备进行通信,多数数据交换是周期性的,除此以外,智能化现场设备还需要非周期性通信,以进行配置诊断和报警处理。 

　　PROFIBUS协议的实现可以通过PROFIBUS的专门协议芯片和微处理的结合来完成。在电力传动领域,各个公司分别推出自己的实现PROFIBUS协议的通信模板,直接插入变频器内就可以完成通讯。如SIEMENS SIMOVERT MASTERDRIVERS变频器中的CBP板,艾默生变频器的TDS-PA01适配器。现就涤纶短丝后处理牵伸联合机传动系统中PROFIBUS的具体应用作一描述。 

　　3 涤纶短丝后处理牵伸联合机PROFIBUS现场总线的应用 

　　3.1 涤纶短丝后处理牵伸联合机传动系统简介 

　　本文以涤纶短丝后处理牵伸联合机传动系统为例,介绍现场总线在牵伸联合机系统中的应用。 

　　化纤聚酯瓶片经熔融纺丝卷绕上油形成丝束喂入盛丝桶内,盛丝桶里的丝束从集束架引出,经过浸油槽上油,进入第一牵伸机;本生产线共有两道牵伸,一道牵伸在第一牵伸机和第二牵伸机之间进行;一道牵伸所需的牵伸温度是75～80℃,由水浴牵伸槽提供。二道牵伸是在第二牵伸机和第三牵伸机之间的蒸汽牵伸箱中进行,牵伸温度约为95～100℃;牵伸后的丝束由由叠丝机将其叠成一片,送卷曲机使丝束卷曲成形。系统使用6套西门子矢量控制型逆变器,分别驱动六台单元机。PLC采用西门子S7-300系列。在主控柜内设置PLC主站,现场操作台上装有西门子TP170A型触摸屏,触摸屏与各变频器均为从站。 

PLC通过PROFIBUS-DP现场总线将主站与从站全部连接起来组成了一个工业现场总线系统,即提高了系统的可靠性与高性能比,也极大地方便了工艺人员和操作人员。该系统主要有以下特点和新功能：①矢量控制变频技术,电机上的编码器和逆变器构成速度闭环;②能耗制动加机械制动,停车时自动投入制动工作,工作可靠,制动平稳,实现了高速下的快速停车;③先进的工业现场总线系统与PROFIBUS总线;④触摸屏使用户操作方便,速度、电流等数据实时显示,电气系统运行监控与显示,故障显示,诊断,报警等。 

3.2 PROFIBUS-DP网络组成 

　　利用S7-300 CPU313C-2DP作为主站,逆变器加CBP板、现场触摸屏（TP170A）作为从站,组成一个单主PROFIBUS-DP通信系统。DP适用于数据高速通信的场合,采用RS-485双绞线电缆或光纤 电缆,波特率从9.6Kbps-12Mbps,采用点对点(用户数据与传输)或广播(控制指令)方式,支持循环的主从数据传输。 

　　由于PLC主站和所有从站都为SIEMENS公司产品,所以都满足PROFIBUS总线通信协议。在本系统中,采用RS485屏蔽双绞线作为通信介质,通信波特率为1.5Mbps,为PROFIBUS环形网络。 PROFIBUS-DP主要使用主-从方式,PLC主站周期性地与传动装置进行数据交换。在PROFIBUS结构中,周期性通道MSCY-C1的可用数据被定义为参数过程对象PPO,可用数据结构分成不同两部分且用 报文分别传送：PZD部分（包括控制字,设定值,状态字和实际值）;PKW（用于读、写参数值）。当总线系统启动时,这种用于PROFIBUS主站到传动装置的PPO类型可以被设置,设置那种类型的 PPO,取决于在自动化网络中传动装置的功能。 

　　PROFIBUS装置有各种不同特性,为了所有主站系统能正确调用所使用的附加板,必须需要每一个装置的主数据文件GSD。为了能够有效通信,在STEP7中,必须为每一总线设备设定地址,以便 主站寻址。在CBP板设置的通信参数有：P918（总线地址）,P712（PPO类型）,P722（过程数据的报文故障时间）。 

　　本系统采用了PROFIBUS-DP总线,使得系统节省了到机台的大量电缆,增加了可靠性,减少了变频系统的干扰,便于人员操作和维护。 

　　3.3 PROFIBUS的诊断功能 

　　PROFIBUS具有强大的诊断功能,当接到从站传到的警报或出错时,主站迅速作出反应中止正常通信,对故障快速定位。这种诊断信息分为三级：本站诊断操作、模块诊断操作、通断诊断操 作。故障清除以后,总线恢复正常通信。 

　　4．现场总线技术应用于电力传动系统的前景及优越性 

　　电力传动是工业自动化的一个重要分支领域,电力控制装置随着功率电子学,微电子学和计算机技术的发展,以具有相当水平的自治性和智能化。现场总线技术在电力传动领域中的应用,具 有以下优点：

　　①推动电力传动装置全数字化。由于现场总线系统的开发性,各个不同厂家的设备之间可以实现信息交换,用户可以按自己的需要和考虑,把来自不同厂家的设备组成大小随意的 的系统。使得生产厂家在应用现场总线技术到产品时,将进一步加大装置全数字化。

　　②降低电力传动控制系统的安装成本和维护费用。由于现场总线系统中分散在现场的智能设备能直接执行 多种传感控制报警和计算功能,因而可减少变送器的数量等,从而减少系统硬件投资。而且现场总线系统接线十分简单,电缆、端子、槽盒、桥架的用量大大减少,节省了安装费用。由于现场控 制设备具有自诊断和处理简单故障的能力, 并通过数字通讯将相关的诊断维护信息送往控制室,用户可查询所有设备的运行,诊断维护信息,以便早期分析故障原因并快速解除。

　　③充分应用软 件功能,提高系统复杂控制的能力。由于现场总线系统设备的智能化、数字化,与模拟信号相比较,它从根本上提高了测量与控制的精度;减少了传送误差。同时由于系统结构简单,减少了信号 的往返传输,提高了系统的可靠性。PLC与传动装置之间减少了直接输入输出电缆连接,充分应用软件功能,所有控制量都通过现场总线得以实现,进而提高了系统复杂控制的能力。 

　　5 结束语 

　　生产实践已经证明,此方案具有简单实用、运行稳定可靠、操作维护方便等特点,已成功地应用于化纤涤纶短丝后处理牵伸联合机上,取得了很好的经济效益和良好的社会效益。