中國紡織科學(xué)技術(shù)有限公司 帥建凌 王海英/文

產(chǎn)品開發(fā)

基于PROFIBUS DP總線的三模頭紡粘在線復(fù)合非織造布設(shè)備人機交互系統(tǒng)設(shè)計

中國紡織科學(xué)技術(shù)有限公司 帥建凌 王海英/文

本文主要以某大型國際合作項目為背景，介紹了基于PROFIBUS DP總線的高可靠在線復(fù)合非織造布人機交互控制系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用，著重介紹了總線在系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)中的運用。

PROFIBUS DP總線 人機交互系統(tǒng) 通信網(wǎng)絡(luò)

1 引言

我國“十二五”規(guī)劃中，重點發(fā)展的產(chǎn)業(yè)用紡織品有土工材料、過濾材料、農(nóng)用紡織品、醫(yī)療衛(wèi)生用紡織品、勞動防護材料。近兩年的市場實踐使我們認識到這些重點發(fā)展的產(chǎn)品也正是丙綸紡粘產(chǎn)品市場發(fā)展模式轉(zhuǎn)變的著力點和突破點。

紡粘法（Spunbond簡稱S）是聚合物擠出法非織造布生產(chǎn)中最重要的、應(yīng)用最廣泛的一種方法。它利用化纖紡絲原理，在聚合物紡絲過程中使連續(xù)長絲鋪置成網(wǎng)，纖網(wǎng)經(jīng)機械、化學(xué)或熱粘合等方法加固成網(wǎng)。

對于3.2米SSS在線復(fù)合設(shè)備，其聯(lián)合機的控制與單S相比，人機交互系統(tǒng)的電氣控制節(jié)點越來越多，網(wǎng)絡(luò)站點也相應(yīng)增加，高可靠智能化控制系統(tǒng)的架構(gòu)設(shè)計特別是通訊的實現(xiàn)尤為重要。

2 系統(tǒng)的組成及工作原理

3.2米SSS紡粘在線復(fù)合設(shè)備工藝流程：上料系統(tǒng)（邊料回收系統(tǒng)）→螺桿系統(tǒng)→過濾器→計量泵→模頭→牽伸系統(tǒng)→鋪網(wǎng)接收系統(tǒng)→熱軋機→卷繞系統(tǒng),如圖1所示。人機交互系統(tǒng)主要包括傳動系統(tǒng)，溫控系統(tǒng)和輔助設(shè)備，其中傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。各系統(tǒng)之間的連接依靠PLC控制，采用PROFIBUS DP 總線通信網(wǎng)絡(luò)。

圖1 SSS紡粘復(fù)合生產(chǎn)線工藝流程圖

圖2 人機交互系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓撲圖

人機交互系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓撲圖如圖2所示，其由一臺工控機，一臺S7-300 PLC主機，和若干PROFIBUS從站構(gòu)成，由于系統(tǒng)從站較多，我們采用了兩路獨立的PROFIBUS總線，第一路總線有12個從站節(jié)點，其中包括1個遠程I/O站ET200S,1個EM277和10臺西門子M44O變頻器，另外此路總線上還有1臺工控機。第二路總線由SB1，SB2，SB3三套網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)組成，每套網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)分別由7臺M44O變頻器和1個臺達溫控通信模塊構(gòu)成，因此第二路總線共有24個DP從站。

3 PROFIBUS總線網(wǎng)絡(luò)設(shè)計

ROFIBUS總線是當(dāng)今應(yīng)用較為廣泛的過程現(xiàn)場總線，大致分為三類，即PRFIBUS-DP、PRFIBUS-FMS、PRFIBUS-PA，通常都采用PRFIBUS-DP通信。

現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)（Fieldbus Control System，簡稱FCS）是由現(xiàn)場總線和現(xiàn)場設(shè)備互聯(lián)構(gòu)成現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)。它打破了傳統(tǒng)模擬控制系統(tǒng)采用一對一的設(shè)備連線的結(jié)構(gòu)形式,不需要按控制回路分別連接?，F(xiàn)場總線采用智能設(shè)備，使控制系統(tǒng)功能不依賴控制室的計算機或控制儀表，直接在現(xiàn)場完成控制功能。在現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)中采用數(shù)字信號代替模擬信號，可以實現(xiàn)一對電纜上傳輸多個信號，如運行參數(shù)、故障信息、多個設(shè)備狀態(tài)等，一對雙絞線上可掛接多個控制設(shè)備， 便于節(jié)省安裝費用。現(xiàn)場設(shè)備以外不需要A/D、D/A 信號轉(zhuǎn)換部件。這樣就簡化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、節(jié)約了硬件設(shè)備連接電纜、降低了安裝成本和維護費用。本文設(shè)計的總線控制系統(tǒng)有如下特點：

3.1由于采用了PROFIBUS DP總線通信網(wǎng)絡(luò)，通信速率大幅提高（最高可達12Mbps），增強了主機與各控制節(jié)點的通信實時性。

3.2采用先進的WinCC人機界面,西門子WinCC組態(tài)軟件是一種通用的應(yīng)用程序，適合所有工業(yè)領(lǐng)域的解決方案；多語言支持，全球通用；可以集成到所有自動化解決方案內(nèi)；內(nèi)置所有操作和管理功能，可簡單、有效地進行組態(tài)；可基于Web持續(xù)延展，采用開放性標(biāo)準(zhǔn)，集成簡便；集成的Historian 系統(tǒng)作為IT和商務(wù)集成的平臺；可用選件和附加件進行擴展；“全集成自動化” 的組成部分，適用于所有工業(yè)和技術(shù)領(lǐng)域的解決方案。

3.3整條生產(chǎn)線溫度控制點多達一百三十多點，由此采用了多個多回路的溫控模塊，取代了原先的單回路表控制模式，大大降低設(shè)備安裝和采購成本，每幾個溫控模塊通過通信模塊組成一個DP從站單元，溫控數(shù)據(jù)可以通過PROFIBUS DP總線高效的與主機交換，更好的監(jiān)視各節(jié)點溫度控制。

4 網(wǎng)絡(luò)通信實現(xiàn)的方法

圖3是PLC硬件組態(tài)圖，主機PLC主要包括電源模塊，含集成DP通信卡的CPU模塊，數(shù)字輸入/輸出模塊,模擬量輸入模塊，PROFIBUS DP通信模塊。數(shù)據(jù)傳輸通過兩路PROFIBUS DP總線完成,第一路總線連接與鋪網(wǎng)機傳動有關(guān)的變頻器和遠程I/O單元，另外還與工控機通過S7通信協(xié)議連接。第二路總線連接三套紡粘的風(fēng)機泵類變頻器和溫控模塊，共計24路從站。

圖3 硬件組態(tài)圖

圖4是開機工藝界面，界面清新友好，應(yīng)客戶要求增加了基速和統(tǒng)調(diào)的參數(shù)一鍵切換，提高了人性化的操作。

圖4 WINCC工藝界面1

圖5 WINCC工藝界面2

5 應(yīng)用效果

本文給出了一個高可靠、多節(jié)點的電氣控制系統(tǒng)，取得了較好的效果。

5.1 抗干擾能力增強。數(shù)字信號代替?zhèn)鹘y(tǒng)的模擬信號，使系統(tǒng)中溫度、壓力、位置檢測信號或執(zhí)行器的控制信號傳輸中不受工作現(xiàn)場的電機產(chǎn)生的電磁干擾，提高了控制精度。

5.2 由于采用現(xiàn)場總線布線，信號檢測設(shè)備和執(zhí)行器等設(shè)備不需要一對一連接到控制器上，而是將各設(shè)備就近連接在兩條雙絞線上，由雙絞線將信號傳輸給控制器，該傳輸方式使電纜根數(shù)大大減少。

5.3 系統(tǒng)具有本地控制和遠程控制。本地控制功能主要控制功能徹底下放到現(xiàn)場，降低了安裝成本和維護費用。遠程控制功能主要是將處理后的參數(shù)通過總線傳輸給主機供主機檢測，而主機發(fā)送控制命令給微處理器，再由微處理器實現(xiàn)遠程控制。

5.4 由于總線具有自診斷與簡單故障處理能力，并通過數(shù)字通信將相關(guān)的診斷維護信息送給控制室，這樣便于準(zhǔn)確快速地排除故障，縮短維護停機時間。

6 背景介紹

目前國產(chǎn)紡熔非織造布生產(chǎn)線水平無法提供穩(wěn)定的衛(wèi)用及建筑用無紡布的生產(chǎn)，國內(nèi)外的用戶基本依靠進口生產(chǎn)線。世界領(lǐng)先的多頭紡粘非織造布生產(chǎn)線設(shè)備，當(dāng)屬德國萊芬四代。Reicofil IV型設(shè)備生產(chǎn)速度可達600m/min，最新改進型則達到了800m/min甚至更高。其紡絲纖度更細、成網(wǎng)更為均勻、手感更為柔軟，節(jié)能水平也更高，生產(chǎn)穩(wěn)定易操作。

為滿足國內(nèi)外對高檔衛(wèi)用及建筑用紡粘復(fù)合材料的市場需求，我公司開發(fā)3.2米SSS丙綸紡粘復(fù)合非織造布設(shè)備及工藝, 目前已簽訂了兩條供貨合同。國內(nèi)供貨的生產(chǎn)線已進入生產(chǎn)階段, 國外生產(chǎn)線已進入安裝階段。該項目研制成功，填補了國產(chǎn)衛(wèi)用及建筑用紡粘復(fù)合生產(chǎn)線的技術(shù)空白，趕超國際先進水平，并能通過不斷的產(chǎn)業(yè)化，滿足國內(nèi)高端客戶日益增長的需求使其節(jié)約成本，提高出口創(chuàng)匯的能力。

7 結(jié)束語

本文結(jié)合我公司已開發(fā)的3.2米SSS紡粘復(fù)合非織造布生產(chǎn)線, 對多頭紡粘非織造布聯(lián)合機電氣控制系統(tǒng)的人機交互系統(tǒng)設(shè)計進行了分析,對網(wǎng)絡(luò)通訊的具體應(yīng)用方法進行了介紹。隨著已供貨的兩條生產(chǎn)線實際運行及對運行數(shù)據(jù)的測試, 將證實該人機交互系統(tǒng)設(shè)計的先進性、可靠性和實用性,并將對非織造布行業(yè)乃至化纖、印染等大型連續(xù)自動控制系統(tǒng)中具有良好的參考價值。