PROFIBUS在紙機傳動中的應用

1.2 傳動控制系統(tǒng)的控制要求

　　造紙機生產過程是由網(wǎng)部、壓榨部、干燥部、壓光部、卷紙部等連續(xù)且復雜的過程組成，具體表現(xiàn)在以下幾個方面：① 多變量、多參數(shù)系統(tǒng)，影響傳動系統(tǒng)的因素很多，例如張力、速度、電流、電壓、負載等；② 交流電動機的非線性；③ 負載的不確定性；④ 多電機間性能的不匹配；⑤ 多電機之間存在耦合。因此，造紙機的傳動控制要求滿足：① 實現(xiàn)速度鏈控制。依據(jù)紙機傳動系統(tǒng)的工藝特點，采用了調節(jié)變比的控制方法實現(xiàn)速度鏈功能。操作屏上設有功能鍵，通過通訊可直接修改PLC 內的數(shù)據(jù)區(qū)，改變響應傳動點的速度設定值。② 實現(xiàn)負荷分配控制。網(wǎng)部真空伏輥、驅動輥、第一導網(wǎng)輥和光壓上、下輥這兩組之間要求速度同步的同時要求負載均衡，否則會影響正常抄紙。當負荷不能均勻分布時，有可能撕壞毛布或造成斷紙，所以在這2 個傳動組合中的各自傳動點之間實施負荷分配自動控制功能。PLC 通過PROFIBUS 現(xiàn)場總線得到電機電流信號，以先進的調節(jié)算法調節(jié)變頻器的輸出，使各電機轉矩電流和額定電流比值相等，這樣完成負荷分配的自動控制。③ 實現(xiàn)張力控制。根據(jù)紙機工藝要求，在多組烘缸與卷紙機之間加張力傳感器，張力傳感器將張力信號通過A/D 轉換模塊送人PLC，在操作臺上的操作屏上進行張力設定，PLC根據(jù)張力設定值和張力傳感器的反饋值對卷紙機進行調節(jié)，保持張力恒定準確。PLC 內采用積分分離的PID 控制算法，并帶有速度限幅，仿止斷紙時出現(xiàn)張力飛車現(xiàn)象。

2 PROFIBUS 網(wǎng)絡結構及傳輸技術

2.1 PROFIBUS 協(xié)議結構

　　PROFIBUS 通信協(xié)議結構的基礎是ISO/OSI 的7 層網(wǎng)絡參考模型，其結構如圖3 所示。

■ DIN19245第四部分 ■ EN50 170 ■PROFIBUS準則
圖3 PROFIBUS協(xié)議的結構

　　PROFIBUS-FMS 第l 、第2 和第7 層均加以定義，其中第3～第6 層未加以描述，其功能在底層接口（Lower Layer Interface）完成，LLI 是第7 層中的一部分，F(xiàn)MS(Field Message Specification 現(xiàn)場總線報文規(guī)范）包含了應用層協(xié)議并提供了多種強有力的通信服務及用戶接口。

　　PROFIBUS-DP 使用第l 層、第2 層和用戶接口，以直接數(shù)據(jù)鏈路映像（Direct Data Link Mapper）提供易于進入第2 層的用戶接口。該用戶接口規(guī)定了可以調用的應用功能并詳細說明了各種不同PROFIBUS-DP 設備的設備行為，還提供了傳輸用的RS485 傳輸技術或光纖。

　　PROFIBUS-PA 采用擴展的“PROFIBUS-DP”協(xié)議進行數(shù)據(jù)傳輸。這種傳輸技術可確保其本質安全性并使現(xiàn)場設備通過總線供電。

2.2 PROFIBUS 傳輸技術

　　PROFIBUS 提供以下3 種類型的傳輸技術：FMS 和DP 的RS485 傳輸；PA 的IECll58～2 傳輸；光纖( FO）。RS485 采用屏蔽雙絞線，操作容易，設備簡單、價格便宜，而且能夠滿足高速傳輸?shù)囊?，故應用較廣，成為PROFIBUS 最常用的一種傳輸技術。RS-485 總線結構允許增加或減少站點，傳輸速度可選用9.6 kbps～12 Mbps 。PA 的IECll58-2 傳輸技術可保持其本質安全性并使現(xiàn)場設備通過總線供電，所以這種傳輸技術能滿足化工和石化工業(yè)的要求并在這些領域得到廣泛使用。另外，IECll58-2 信號可通過耦合器與RS-485 信號相適配，這樣PROFIBUS-PA 設備能很方便地集成到PROFIBUS-DP 網(wǎng)絡。光纖傳輸技術主要用于電磁干擾很大的環(huán)境中，它可以增加高速傳輸?shù)淖畲缶嚯x，但光纖傳輸造價較高。

3 上位操作監(jiān)控管理系統(tǒng)

　　上位監(jiān)控計算機采用西門子公司的PⅢ450 加54cm 彩顯，打印機，軟件平臺為隨機所帶的原版Windows NT Workstation 軟件，工控組態(tài)軟件為德國西門子公司的工業(yè)控制組態(tài)軟件WinCC ，即“WINDOWS CONTROL CENTER”（窗口控制中心）——為在標準PC 和WINDOWS NT 環(huán)境下實現(xiàn)集成化全32 位的HMI （人機界面）的功能。WinCC5.0 具有的特點：① 全集成自動化，使STEP7 編程環(huán)境更貼近于WinCC 的組態(tài)環(huán)境；② 組態(tài)更加高效，易于操作，最大地減少組態(tài)時間，是成功的HMI/SCADA 軟件的一個主要標準，SIMATIC WinCC 一直遵循這個標準；③ WinCC 是按照客戶機／服務器系統(tǒng)設計的，最多支持16 個客戶機；④ WinCCWeb 瀏覽器功能允許通過國際互聯(lián)網(wǎng)Internet或企業(yè)內部網(wǎng)Internet 對工廠設備進行監(jiān)視甚至操作；⑤ WinCC5.5 對MessengerGuardian （信使和看護者）可選功能進行了升級，主要的新功能是通過網(wǎng)絡的攝像監(jiān)視，且在看護者計算機上支持多攝像機監(jiān)視；⑥ 開放式結構，易學易用，支持全序列的SIMATIC PLC ；⑦ 集成的SQL 數(shù)據(jù)有利于數(shù)據(jù)的存取和交流，并且支持0LE2.0 及OCX 控件。上位監(jiān)控計算機的生產數(shù)據(jù)存人SQL 數(shù)據(jù)庫。