基于PROFIBUS DP總線的三模頭紡粘在線復合非織造布設備人機交互系統設計

中國紡織科學技術有限公司 帥建凌 王海英/文

產品開發

基于PROFIBUS DP總線的三模頭紡粘在線復合非織造布設備人機交互系統設計

中國紡織科學技術有限公司 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合非織造布人機交互控制系統的設計與應用，著重介紹了總線在系統通信網絡中的運用。

PROFIBUS DP總線 人機交互系統 通信網絡

1 引言

我國“十二五”規劃中，重點發展的產業用紡織品有土工材料、過濾材料、農用紡織品、醫療衛生用紡織品、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展的產品也正是丙綸紡粘產品市場發展模式轉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中最重要的、應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長絲鋪置成網，纖網經機械、化學或熱粘合等方法加固成網。

對于3.2米SSS在線復合設備，其聯合機的控制與單S相比，人機交互系統的電氣控制節點越來越多，網絡站點也相應增加，高可靠智能化控制系統的架構設計特別是通訊的實現尤為重要。

2 系統的組成及工作原理

3.2米SSS紡粘在線復合設備工藝流程：上料系統（邊料回收系統）→螺桿系統→過濾器→計量泵→模頭→牽伸系統→鋪網接收系統→熱軋機→卷繞系統,如圖1所示。人機交互系統主要包括傳動系統，溫控系統和輔助設備，其中傳動系統結構如圖2所示。各系統之間的連接依靠PLC控制，采用PROFIBUS DP 總線通信網絡。

圖1 SSS紡粘復合生產線工藝流程圖

圖2 人機交互系統網絡拓撲圖

人機交互系統網絡拓撲圖如圖2所示，其由一臺工控機，一臺S7-300 PLC主機，和若干PROFIBUS從站構成，由于系統從站較多，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，SB3三套網絡系統組成，每套網絡系統分別由7臺M44O變頻器和1個臺達溫控通信模塊構成，因此第二路總線共有24個DP從站。

3 PROFIBUS總線網絡設計

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

現場總線控制系統（Fieldbus Control System，簡稱FCS）是由現場總線和現場設備互聯構成現場總線控制系統。它打破了傳統模擬控制系統采用一對一的設備連線的結構形式,不需要按控制回路分別連接。現場總線采用智能設備，使控制系統功能不依賴控制室的計算機或控制儀表，直接在現場完成控制功能。在現場總線控制系統中采用數字信號代替模擬信號，可以實現一對電纜上傳輸多個信號，如運行參數、故障信息、多個設備狀態等，一對雙絞線上可掛接多個控制設備， 便于節省安裝費用?，F場設備以外不需要A/D、D/A 信號轉換部件。這樣就簡化了系統結構、節約了硬件設備連接電纜、降低了安裝成本和維護費用。本文設計的總線控制系統有如下特點：

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

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

3.3整條生產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，溫控數據可以通過PROFIBUS DP總線高效的與主機交換，更好的監視各節點溫度控制。

4 網絡通信實現的方法

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

圖3 硬件組態圖

圖4是開機工藝界面，界面清新友好，應客戶要求增加了基速和統調的參數一鍵切換，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 應用效果

本文給出了一個高可靠、多節點的電氣控制系統，取得了較好的效果。

5.1 抗干擾能力增強。數字信號代替傳統的模擬信號，使系統中溫度、壓力、位置檢測信號或執行器的控制信號傳輸中不受工作現場的電機產生的電磁干擾，提高了控制精度。

5.2 由于采用現場總線布線，信號檢測設備和執行器等設備不需要一對一連接到控制器上，而是將各設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大大減少。

5.3 系統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通過總線傳輸給主機供主機檢測，而主機發送控制命令給微處理器，再由微處理器實現遠程控制。

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

6 背景介紹

目前國產紡熔非織造布生產線水平無法提供穩定的衛用及建筑用無紡布的生產，國內外的用戶基本依靠進口生產線。世界領先的多頭紡粘非織造布生產線設備，當屬德國萊芬四代。Reicofil IV型設備生產速度可達600m/min，最新改進型則達到了800m/min甚至更高。其紡絲纖度更細、成網更為均勻、手感更為柔軟，節能水平也更高，生產穩定易操作。

為滿足國內外對高檔衛用及建筑用紡粘復合材料的市場需求，我公司開發3.2米SSS丙綸紡粘復合非織造布設備及工藝, 目前已簽訂了兩條供貨合同。國內供貨的生產線已進入生產階段, 國外生產線已進入安裝階段。該項目研制成功，填補了國產衛用及建筑用紡粘復合生產線的技術空白，趕超國際先進水平，并能通過不斷的產業化，滿足國內高端客戶日益增長的需求使其節約成本，提高出口創匯的能力。

7 結束語

本文結合我公司已開發的3.2米SSS紡粘復合非織造布生產線, 對多頭紡粘非織造布聯合機電氣控制系統的人機交互系統設計進行了分析,對網絡通訊的具體應用方法進行了介紹。隨著已供貨的兩條生產線實際運行及對運行數據的測試, 將證實該人機交互系統設計的先進性、可靠性和實用性,并將對非織造布行業乃至化纖、印染等大型連續自動控制系統中具有良好的參考價值。