PROFIBUS总线在织造机上的应用

0 引言

    信息技术的飞速发展，促进了工业自动化系统结构的深刻变革，数字信息交换的范围正迅速覆盖从工厂的管理、控制到现场设备的各个层次，并逐步形成了全分布式网络集成自动化系统和工业控制系统的集散化、网络化、智能化要求而发展起来的新技术。PROFIBUS总线技术的出现和发展已经成为全球工业自动化技术的热点之一，受到全世界和工业界的普遍重视。目前，现场总线已经为自动化技术构成的全集成自动化系统以及信息网络技术将成为本世纪自动化发展的主流。

1 设计分析

    水刺无纺布联合织造机如图1所示，共分为13个环节，输送帘、预刺机、圆刺机1、圆刺机2、主刺机、轧干机、轧染机、烘干机1、烘干机2、印花机、烘干机3、烘干机4和收卷机组成。每个环节都由一只2.2KW三相交流异步电机拖动。根据生产的工艺，控制要求如下：

图1水刺无纺布织造生产线传动示意图

    1)生产线的所有工艺参数可在触摸屏上调节。

    2)每只电机所拖动的圆辊上的线速度相等。

    3)对整条生产线的运行速度可手动设定(称为领航速度)。

    4)对每个环节可设定其速度比例，比如领航速度设定为15m／min，所有环节比例设定为1，各环节线速度相等，都为15m／min，当主刺机的比例设定为1.1时，在主刺机后面的轧干机等环节的线速度同时都要增加1.1倍，主刺机前面的环节线速度不变。

    5)在烘干机l处设定一个启动开关与加速按钮，只有当启动开关打开时，1号烘干机后面的环节才能工作，当加速按钮按下后，1号烘干机后的所有环节速度增加，增加比例可在触摸屏上调节。

    6)在3号烘干机与收卷机上各设定一个启动开关与加速按钮，作用同上。

2 制定控制方案

    2.1 控制分析

    1)因每个环节的传动比都不一样，并且生产线的速度要可调，所以每一个环节都必须使用变频器控制，以达到速度可调的基本要求。

    2)在正常生产过程中，每个环节的圆辊上过原料绵时，圆辊就会受力，速度就会下降，此时系统能自动调节速度，始终保持设定的线速度不变。这就要求系统必须采用闭环调节。

    3)因为有13只变频器，如果采用传统的模拟量控制，会有线路复杂，抗干扰能力差，故障维修率高等缺点，所以采用总线控制。

    2.2 控制方案

    在每只电机上安装一只编码器，将速度反馈到变频器内，再由PLC通过总线控制变频器的输出，构成半闭环控制系统。

    采用西门S7-300 PLC，CPU为315—2DP，变频器为DANFOSS的VLT2800加PROFIBUS控制卡，西门子TP270 10寸触摸屏等为主要控制器件实现以上控制要求。控制系统结构示意图如图2所示。

图2电气控制系统结构示意图

3 硬件设置与程序

    3.1 87-300 PLC硬件组态

    PLC硬件组态又分为两个部分先是对PLC模块结构进行组态，再对总线网络进行组态。对模块结构组态就根据PLC的组成结构，将每一只模块的型号输入到RACK中，并记录下系统自动分配的地址，如面3所示，输入启始地址为112．0共计32点；输出启始地址为Q24.0，共计16点。GSD文件，并加载到系统中，然后就可以进行组态，如图3所示共计组态13个站点，且每一个站点地址都不相同。所有站点组态完成后，对每一个站点的参数控制方式(PPO)进行选择与设置。VLT2800提供了8种PPO控制方式，这里选用第4种l!llTYPF_A，如图4所示。

图3硬件组态图

    每一个站点PPO—TYPE 4共12个字节，如图4站点地址为1的变频器，占用PLC输入地址为IB256到IB267，输出地址为QB256到QB267，每一个字节所表示的意义，可参照DANFOSS DP V lPROFIBUSS通信手册。[page]
 

图4每个站点的PP0方式选择

    3.2程序的编制

    S7-300 PLC提供了多种程序编制语言，这里选用STL语言进行编程，在编写生产线运行程序之前，首先应编写与变频器通信的程序，即使用SFC 14、SFC 15系统功能块来进行变频器参数的写入与读出。如对第一台变频器的控制程序如下：

    CALL SFC 14 读变频器数据

    LADDR：=W#16#100 启始地址为16#100的变频器数据

    RET-VAL：=LWl返回变量

    RECORD：=P#DB 1 00．DBX 0．0 BYTE 1 2

    将读出的数据存放在DBl00数据块中，存放启始地址为DBX 0．0长度12个字节

    CALL SFC 15 写变频器数据

    LADDR：=W#16#100 启始地址为16#100的变频器数据

    RECORD：=P#DB 101．DBX 0．0 BYTE 12将存放在DBl01数据块中，启始地址为DBX 0．0长度12个字节的数据写入变频器RET_VAL：=LWl返回变量

    完成变频器的通信程序后，编程生产线的运行程序。根据生产工艺要求确定控制函数如下：输送帘的速度公式：VI=比例1木领航速度水偏置术传动比1

    比例1：是触摸屏上所设定对应环节的比例；领航速度：是生产线的运行速度

    偏置：是指触摸屏的设定值与输送帘实际运行速度的比

    传动比：以输送帘速度为参照，其他各环节与之的速度比

    预刺机速度公式：V2=比例2木V1木传动比2

    其他环节的速度公式：Vx=比例x木Vx-1水传动比x

    对于详细的程序清单，这里不再细说。

    3.3 变频器的参数设置

    根据控制要求，采用半闭环控制，所以变频器参数的设置分为两个部分：第一部分是通迅参数的设置；第二部分是闭环PID参数设置。通讯主要参数如表1，变频器闭环控制参数见表2。

    以上参数都是生产线能正常工作所必须设定，还有如PD比例系数、积分时间等，可根据实际情况优化设置，详细说明请参数Ⅵ胞800变频器说明书。

4 结束语

    基于PROFIBUS总线实现水剌无纺布联合织造机同步控制，取代传统的模拟量控制方式，实现了全系统的数字化控制，使控制系统实现了质的飞跃。同时，该系统具有结构简单、维修方便、可靠性高、性价比高等优点，具有较好的推广价值。