一、前言

在化纖滌綸短絲的生產(chǎn)工藝流程中，后處理牽伸聯(lián)合機是整個生產(chǎn)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(zhì)量。采用傳統(tǒng)的機械長邊軸或同步調(diào)節(jié)器控制，各單元機之間的工藝比例倍數(shù)調(diào)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(shù)的調(diào)節(jié)，提高整個系統(tǒng)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”的控制方案。

二、PROFIBUS-DP現(xiàn)場總線簡介

PROFIBUS是德國國家標準DIN19245和歐洲標準EN50170的現(xiàn)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(yè)。PROFIBUS根據(jù)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(zhì)安全。PROFIBUS-DP用于設備級的高速數(shù)據(jù)傳送，中央控制器通過高速串行線同分散的現(xiàn)場設備進行通信，多數(shù)數(shù)據(jù)交換是周期性的，除此以外，智能化現(xiàn)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協(xié)議的實現(xiàn)可以通過PROFIBUS的專門協(xié)議芯片和微處理的結合來完成。在電力傳動領域，各個公司分別推出自己的實現(xiàn)PROFIBUS協(xié)議的通信模板，直接插入變頻器內(nèi)就可以完成通訊。如SIEMENS SIMOVERT MAS-TERDRIVERS變頻器中的CBP板，艾默生變頻器的TDS-PA01適配器。現(xiàn)就滌綸短絲后處理牽伸聯(lián)合機傳動系統(tǒng)中PROFIBUS的具體應用作一描述。

三、滌綸短絲后處理牽伸聯(lián)合機PROFIBUS現(xiàn)場總線的應用

1．滌綸短絲后處理牽伸聯(lián)合機傳動系統(tǒng)簡介

本文以滌綸短絲后處理牽伸聯(lián)合機傳動系統(tǒng)為例,介紹現(xiàn)場總線在牽伸聯(lián)合機系統(tǒng)中的應用。

化纖聚酯瓶片經(jīng)熔融紡絲卷繞上油形成絲束喂入盛絲桶內(nèi)，盛絲桶里的絲束從集束架引出，經(jīng)過浸油槽上油，進入第一牽伸機；本生產(chǎn)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℃；牽伸后的絲束由由疊絲機將其疊成一片，送卷曲機使絲束卷曲成形。系統(tǒng)結構組成如圖1所示。

系統(tǒng)使用6套西門子矢量控制型逆變器，分別驅動六臺單元機。PLC采用西門子S7-300系列。在主控柜內(nèi)設置PLC主站，現(xiàn)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(xiàn)場總線將主站與從站全部連接起來組成了一個工業(yè)現(xiàn)場總線系統(tǒng)，即提高了系統(tǒng)的可靠性與高性能比，也極大地方便了工藝人員和操作人員。該系統(tǒng)主要有以下特點和新功能：①矢量控制變頻技術，電機上的編碼器和逆變器構成速度閉環(huán)；②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(wěn)，實現(xiàn)了高速下的快速停車；③先進的工業(yè)現(xiàn)場總線系統(tǒng)與PROFIBUS總線；④觸摸屏使用戶操作方便，速度、電流等數(shù)據(jù)實時顯示，電氣系統(tǒng)運行監(jiān)控與顯示，故障顯示，診斷，報警等。

2．PROFIBUS-DP網(wǎng)絡組成

利用S7-300 CPU313C-2DP作為主站,逆變器加CBP板、現(xiàn)場觸摸屏（TP170A）作為從站，組成一個單主PROFIBUS-DP通信系統(tǒng)。DP適用于數(shù)據(jù)高速通信的場合，采用RS-485雙絞線電纜或光纖電纜，波特率從9.6Kbps-12Mbps,采用點對點（用戶數(shù)據(jù)與傳輸）或廣播（控制指令）方式,支持循環(huán)的主從數(shù)據(jù)傳輸。 PROFIBUS網(wǎng)絡組成圖如圖2所示。

由于PLC主站和所有從站都為SIEMENS公司產(chǎn)品，所以都滿足PROFIBUS總線通信協(xié)議。在本系統(tǒng)中，采用RS485屏蔽雙絞線作為通信介質(zhì)，通信波特率為1.5Mbps,為PROFIBUS環(huán)形網(wǎng)絡。PROFIBUS-DP主要使用主-從方式，PLC主站周期性地與傳動裝置進行數(shù)據(jù)交換。在PROFIBUS結構中，周期性通道MSCY-C1的可用數(shù)據(jù)被定義為參數(shù)過程對象PPO，可用數(shù)據(jù)結構分成不同兩部分且用報文分別傳送：PZD部分（包括控制字，設定值，狀態(tài)字和實際值）；PKW（用于讀、寫參數(shù)值）。當總線系統(tǒng)啟動時，這種用于PROFIBUS主站到傳動裝置的PPO類型可以被設置，設置那種類型的PPO，取決于在自動化網(wǎng)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(tǒng)能正確調(diào)用所使用的附加板，必須需要每一個裝置的主數(shù)據(jù)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(shù)有：P918（總線地址），P712（PPO類型），P722（過程數(shù)據(jù)的報文故障時間）。

本系統(tǒng)采用了PROFIBUS-DP總線，使得系統(tǒng)節(jié)省了到機臺的大量電纜，增加了可靠性，減少了變頻系統(tǒng)的干擾，便于人員操作和維護。

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出錯時,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、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。

四、現(xiàn)場總線技術應用于電力傳動系統(tǒng)的前景及優(yōu)越性

電力傳動是工業(yè)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(fā)展，以具有相當水平的自治性和智能化。現(xiàn)場總線技術在電力傳動領域中的應用，具有以下優(yōu)點：

①推動電力傳動裝置全數(shù)字化。由于現(xiàn)場總線系統(tǒng)的開發(fā)性，各個不同廠家的設備之間可以實現(xiàn)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(tǒng)。使得生產(chǎn)廠家在應用現(xiàn)場總線技術到產(chǎn)品時，將進一步加大裝置全數(shù)字化。

②降低電力傳動控制系統(tǒng)的安裝成本和維護費用。由于現(xiàn)場總線系統(tǒng)中分散在現(xiàn)場的智能設備能直接執(zhí)行多種傳感控制報警和計算功能，因而可減少變送器的數(shù)量等，從而減少系統(tǒng)硬件投資。而且現(xiàn)場總線系統(tǒng)接線十分簡單，電纜、端子、槽盒、橋架的用量大大減少，節(jié)省了安裝費用。由于現(xiàn)場控制設備具有自診斷和處理簡單故障的能力， 并通過數(shù)字通訊將相關的診斷維護信息送往控制室，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。

③充分應用軟件功能，提高系統(tǒng)復雜控制的能力。由于現(xiàn)場總線系統(tǒng)設備的智能化、數(shù)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(tǒng)結構簡單，減少了信號的往返傳輸，提高了系統(tǒng)的可靠性。PLC與傳動裝置之間減少了直接輸入輸出電纜連接，充分應用軟件功能，所有控制量都通過現(xiàn)場總線得以實現(xiàn)，進而提高了系統(tǒng)復雜控制的能力。