基于PROFIBUS的腈綸紡絲控制系統(tǒng)

1、基于基于 profibus 的腈綸紡絲控制系統(tǒng)的腈綸紡絲控制系統(tǒng) 摘摘 要要 我國早期的腈綸紡絲生產(chǎn)線存在控制精度低、故障率高、參數(shù)調(diào)整困難等 缺點。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，plc 技術(shù)、通訊技術(shù)、變頻器技術(shù)得到了極大的 發(fā)展。這為實現(xiàn)現(xiàn)代化的腈綸紡絲線控制系統(tǒng)提供了良好的技術(shù)基礎(chǔ)和理論基 礎(chǔ)。 本文闡述了腈綸紡絲線的工藝流程，設(shè)計了基于 profibus 的腈綸紡絲（前 紡）控制系統(tǒng)。該控制系統(tǒng)以是以 profibus 為主要通信網(wǎng)絡(luò)，以西門子 plc 的 s7-300 做主要控制器，為腈綸紡絲的流水線生產(chǎn)而設(shè)計的控制系統(tǒng)。 該控 制系統(tǒng)以 s7-300 plc 為控制核心，用交流變頻器控制同步

2、電動機進(jìn)行調(diào)速，通 過 profibus-dp 網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn) plc 與變頻器之間的數(shù)字通信，從而達(dá)到生產(chǎn)線速度 協(xié)調(diào)控制的目的。本文最后給出了控制系統(tǒng)的軟、硬件設(shè)計圖紙。 在充分了解腈綸紡絲生產(chǎn)的工藝和流程基礎(chǔ)上 ,設(shè)計出了控制系統(tǒng)的電 氣結(jié)構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、 plc 控制系統(tǒng)等。 關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞：腈綸紡絲； plc；profibus-dp；變頻器；step-7 abstract there are many problems in the former acrylic fiber plant control system such as low precision、high breakdown fr

3、equency and difficulty in adjusting parameters. with the important improvement of science and technology, the technology of plc、communication and frequency convert or also make prominent progress, which support us with good foundation of technology and theory . this paper briefly introduces the craf

4、t of acrylic fiber first. the control system is the main communication network profibus to the plc siemens s7-300 to do the main controller, the pipeline for the production of acrylic fiber spinning designed controls system. the basic idea of control is as follows: the control center is s7-300 plc;

5、ac frequency convector is used to govern the speed of synch motor; and the communication between plc and frequency convector is realized through profibus-dp. so we can achieve the results that the speed of the whole acrylic fiber plant is coordinate. at last, the sketch of software and hardware will

6、 be attached. in full knowledge of the production of acrylic fiber spinning technology and process based on the design of electrical control system structure, network structure, plc control systems. keywords： acrylic fiber； plc；profibus-dp；frequency convector；step-7 目錄 第一章 緒論.1 1.1 選題背景及研究意義 .1 1.2

7、腈綸紡絲工藝介紹 .1 1.2.1 腈綸紡絲的工序介紹.1 1.2.2 系統(tǒng)的工藝流程介紹.2 1.3 主要研究內(nèi)容 .2 第二章 控制系統(tǒng)整體設(shè)計.3 2.1 生產(chǎn)線控制系統(tǒng)的特點 .3 2.2 系統(tǒng)設(shè)計的方案 .4 2.3 系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計 .4 2.4 系統(tǒng)電氣結(jié)構(gòu)整體設(shè)計 .5 2.5 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)整體設(shè)計.6 第三章 系統(tǒng)電氣結(jié)構(gòu)設(shè)計.7 3.1 系統(tǒng)電路的整體介紹 .7 3.2 變頻技術(shù) .7 3.2.1 變頻器的原理.7 3.2.2 td 系列變頻器.8 3.2.3 變頻器調(diào)速.9 3.3 整流電路.9 3.4 保護(hù)電路.10 3.5 前紡電機拖動電路.11 第四章 plc 控

8、制系統(tǒng)設(shè)計 .13 4.1 plc 控制的介紹.13 4.1.1 plc 的簡介.13 4.1.2 可編程序控制器的基本結(jié)構(gòu).13 4.2 plc 的比較選型.13 4.3 s7-300 的介紹.14 4.3.1 s7-300 基本結(jié)構(gòu).14 4.3.2 s7-300 的功能.15 4.4 plc 控制系統(tǒng)的設(shè)計.15 4.5 plc 通信的實現(xiàn).16 4.5.1 plc 主站.16 4.5.2 變頻器智能從站.16 4.6 plc 的 i/o 模塊.17 第五章 基于 profibus 總線通信的設(shè)計.19 5.1 profibus 現(xiàn)場總線技術(shù).19 5.1.1profibus 現(xiàn)場總線技

9、術(shù)概述.19 5.1.2 profibus 的基本特點.19 5.1.3 profibus 的類型.19 5.2 profibusdp 現(xiàn)場總線技術(shù).20 5.2.1 profibusdp 協(xié)議結(jié)構(gòu).20 5.2.2 profibusdp 特性.20 5.2.3 profibus-dp 系統(tǒng)配置和設(shè)備類型.20 5.2.4 profibus-dp 基本功能.21 5.3 工業(yè) pc 和 plc 的通信.21 5.3.1 mpi 通信介紹.21 5.3.2 pc/mpi 適配器介紹.21 5.3.3 工業(yè) pc 和 plc 的通信設(shè)置.22 5.4 plc 與變頻器的聯(lián)接.22 5.4.1 總線

10、適配器的接線.22 5.4.2 plc 和變頻器通信的實現(xiàn).23 第六章 控制系統(tǒng)的 step7 的組態(tài)設(shè)計 .25 6.1 step7 編程軟件簡介.25 6.2 step7 的組態(tài)設(shè)計.25 6.2.1 創(chuàng)建組態(tài)項目.25 6.2.2 硬件組態(tài)與通訊組態(tài).25 6.3 軟件編程.27 6.3.1 plc 的循環(huán)執(zhí)行過程.27 6.3.2 控制系統(tǒng)程序.27 結(jié) 論.29 謝 辭.30 參考文獻(xiàn).31 附錄 1：軟件設(shè)計圖.32 附錄 2 電路圖.37 英文原文.39 英文翻譯.43 第一章第一章 緒論緒論 1.11.1 選題背景及研究意義選題背景及研究意義 世界腈綸工業(yè)年代初實現(xiàn)工業(yè)化，腈

11、綸的優(yōu)良性能，使其在服裝、裝 飾、產(chǎn)業(yè)三大領(lǐng)域都有應(yīng)用。 我國每年腈綸纖維使用量約為 90 萬噸左右，而 我國每年的生產(chǎn)總量僅為 47 萬噸左右，還需大量進(jìn)口。我國腈綸纖維目前仍存 在著較大缺口，因此我國的腈綸企業(yè)有一個很大的發(fā)展空間。 在發(fā)達(dá)國家 腈綸生產(chǎn)裝置工藝控制方面，電氣傳動已由直流調(diào)速系統(tǒng)發(fā) 展到全交流、全變頻的調(diào)速系統(tǒng)，過程儀表及集散控制系統(tǒng)也由機械式、傳 統(tǒng)的模擬量儀表等，向高度數(shù)字化、智能化發(fā)展，形成了以高性能計算機網(wǎng) 絡(luò)作為核心，電氣傳動、過程儀表及計算機網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的三位一體化，工 藝控制及生產(chǎn)決策達(dá)到智能化。 而某廠腈綸絲生產(chǎn)線鑒于當(dāng)時技術(shù)水平的限制，采用的是模擬量控制的

12、變 頻調(diào)速方式，控制精度低，參數(shù)調(diào)整困難，運行平穩(wěn)性差，故障率高。而且， 隨著使用年限的增加，由于器件老化，參數(shù)發(fā)生漂移，系統(tǒng)的故障率增加，維 修難度增大。這些問題嚴(yán)重制約了紡絲線的正常生產(chǎn)。因此，對生產(chǎn)線的改造 勢在必行。而腈綸紡絲廠有規(guī)劃進(jìn)行改組、擴(kuò)大產(chǎn)能、產(chǎn)量，提高現(xiàn)有裝置的 規(guī)模，合理地選擇腈綸生產(chǎn)工藝路線，將會為企業(yè)生產(chǎn)空間開拓新的天地。 1.21.2 腈綸紡絲工藝介紹腈綸紡絲工藝介紹 .1 腈綸紡絲的工序介紹腈綸紡絲的工序介紹 本廠采用濕法紡絲，濕法紡絲是化學(xué)纖維主要紡絲方法之一，簡稱濕紡。 濕紡包括的工序是：(1)制備紡絲原液；(2)將原液從噴絲 壓出形成細(xì)流；(

13、3) 原液細(xì)流凝固成初生纖維；(4)初生纖維卷裝或直接進(jìn)行后處理。如下圖 1 圖 1 濕法紡絲 .2 系統(tǒng)的工藝流程介紹系統(tǒng)的工藝流程介紹 腈綸紡絲生產(chǎn)線工藝很復(fù)雜，為了滿足生產(chǎn)工藝要求，生產(chǎn)線共有 20 個絲 束處理單元，按驅(qū)動功能劃分為 20 個工位，稱為 f1-f20 如圖 1。其中，f1 為 紡絲機；f2 為轉(zhuǎn)向拉出輥;f3 為牽引輥;f4 為溶劑引入口輥;f5 為溶劑引出口輥; f6-10 為水洗機拖動輥;f11 為預(yù)熱箱入口輥;f12 為熱牽伸入口輥;f13 為熱牽伸 輥;f14 為驟冷拉出輥;f15 調(diào)濕調(diào)溫 機;f16 為定型機入口輥;f17 為定型機出口 輥;

14、f18 為再牽伸入口輥;f19 為再牽伸輥;f20 為卷曲機。 f1 到 f12 為前紡，負(fù)責(zé)紡絲的成型和熱牽伸，f13 到 f20 為后紡，負(fù)責(zé)定 型和卷取。工藝流程如圖 2 f1計量泵 f4限幅f5引出 溶劑拉伸 f6f10絲束水洗 f12限幅f13引出f14急冷 f15調(diào)濕調(diào)溫機 f16入口 f17牽引 松緊調(diào)節(jié)輥 f18再牽伸 松緊調(diào)節(jié)輥 f20卷取機 熱牽伸 piv 蒸汽定形機 輸送機松弛線圈 f2拖引輥 （f19） 工藝流程 圖 2 1.31.3 主要研究內(nèi)容主要研究內(nèi)容 本設(shè)計是針對晴綸腈綸廠腈綸生產(chǎn)線（前紡）的原控制系統(tǒng)存在通信協(xié)議 是非公開協(xié)議、設(shè)備老化、故障率高、沒有上位機

15、等一系列問題而設(shè)計的控制 系統(tǒng)基 profibusdp 腈綸紡絲線控制系統(tǒng)（前紡）。 控制系統(tǒng)為兩層網(wǎng) 絡(luò)結(jié)構(gòu),監(jiān)控級采用 mpi 作為通信網(wǎng)絡(luò)，由工控機、plc 作為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點。工控機 中安裝 step7 編程軟件，既可以對系統(tǒng)運行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控又可以對生產(chǎn)線的 plc 進(jìn)行編程?，F(xiàn)場 級采用 profibusdp 作為通信網(wǎng)絡(luò)，由 plc 作為主站， 分布式 i/o 和變頻器作為從站。plc 完成對現(xiàn)場設(shè)備的控制、信號的采集與傳 輸。 本設(shè)計介紹了腈綸紡絲的工藝流程，分析生產(chǎn)線的特點后，設(shè)計系統(tǒng)的網(wǎng) 絡(luò)結(jié)構(gòu)以及電氣結(jié)構(gòu)，設(shè)計了 plc 控制系統(tǒng)。 具體設(shè)計研究內(nèi)容如下： 1）了解腈綸紡絲的生產(chǎn)

16、流程以及生產(chǎn)工藝； 2）設(shè)計系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)； 3）設(shè)計系統(tǒng)的電氣結(jié)構(gòu)； 4）設(shè)計系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)； 第二章第二章 控制系統(tǒng)整體設(shè)計控制系統(tǒng)整體設(shè)計 2.12.1 生產(chǎn)線控制系統(tǒng)的特點生產(chǎn)線控制系統(tǒng)的特點 腈綸紡絲生產(chǎn)工藝很復(fù)雜，這就對生產(chǎn)線控制系統(tǒng)的可靠性、實時性、 速度協(xié)調(diào)性與穩(wěn)定性要求非常高。各驅(qū)動工位在生產(chǎn)時通過絲束聯(lián)系，在加減 速時要求各工位同步。生產(chǎn)工藝要求生產(chǎn)線的許多環(huán)節(jié)對絲束進(jìn)行一定比率的 牽伸，并保持一定的張力，因此，系統(tǒng)的各個功能單元必須嚴(yán)格地按預(yù)定的比 率協(xié)調(diào)運轉(zhuǎn)。具體控制要求有： (1) 絲束張力調(diào)節(jié) 系統(tǒng)在運行的時候，由于負(fù)載轉(zhuǎn)矩和加減速率的變化等原因會造成的各 功能單元

17、線速差異，使絲束過分“拉緊”或“松 馳”，導(dǎo)致牽伸率不足或造成 纏輥，影響質(zhì)量。 (2) 牽伸率控制 根椐 生產(chǎn)工藝要求，在二次牽伸部分，即 f18 與 f19 之間要實現(xiàn)對絲束一 定倍率 的牽伸(如 =1.40)。 （3）變頻器能量回饋處理 系統(tǒng)運行時候，腈綸紡絲生產(chǎn)線上很多電機在同時運行，有的處在電動狀 態(tài)，有的處在發(fā)電狀態(tài)，怎樣才能使得發(fā)電狀態(tài)的電機產(chǎn)生的能量得到合理利 用呢？如：在當(dāng) f19 與 f18 之間以一定的牽伸比(1)運行時，f18 電機處于 發(fā)電狀態(tài)。如何處理 f18 電機所產(chǎn)生的能量？我們選擇把能量通過直流母線反 饋回電網(wǎng)。我們可以把 f18 變頻器的直流端子通過一個開關(guān)

18、 k 接在直流母線上， 剛起動時，開關(guān) k 處于 off 狀態(tài)，f18 電機產(chǎn)生的電能消耗在制動電阻上，正 常運轉(zhuǎn)后，開關(guān) k 閉合，f18 電機產(chǎn)生的電能通過直流母線給其他電動狀態(tài)的 電機消耗掉。實踐證明，這種處理方式非常成功，既達(dá)到了一定的牽伸率，又 節(jié)約了電能。 (4) profibus 總線速度控制 對于多電機同步拖動系統(tǒng)，為了達(dá)到工藝要求的控制精度，無論是在過渡 狀態(tài)還是在穩(wěn)定狀態(tài)，整個系統(tǒng)各單元的電機均應(yīng)協(xié)調(diào)運行。同時，該系統(tǒng)還 要求全線在不同的整組速度下運行，且各單元電機又能單獨調(diào)速，完成不同的 牽伸比。 2.22.2 系統(tǒng)設(shè)計的方案系統(tǒng)設(shè)計的方案 1.系統(tǒng)的研究設(shè)計總體分為：電

19、氣結(jié)構(gòu)設(shè)計和系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計。電氣方 面包括整流電路，變頻調(diào)速電路，保護(hù)電路。網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)包括主站 plc，從站變 頻器，以及通信網(wǎng)絡(luò) profibus。 2. 生產(chǎn)線供電方式：系統(tǒng)電源采用三相 380v 交流供電，經(jīng)兩個整流電路 后整流為 500v 直流電，分別通過直流母線送往前紡和后紡的多臺變頻器，變頻 器通過變頻將 500dv 轉(zhuǎn)變?yōu)槿嘟涣麟姽┙o電機使用。 3、計算機和 plc 采用 mpi 進(jìn)行通訊連接、plc 和變頻器、遠(yuǎn)程 i/o 通過 profibusdp 的通訊進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。系統(tǒng)中使用了大量的變頻器、計量泵，繼 電氣，控制更合理，更安全更節(jié)能。 5、主要控制方式為：上位機通過通訊

20、控制 s7300 plc，并且相互交換信 息，s7300 plc 通過程序控制變頻器的輸出，以及其他繼電器和儀器設(shè)備。 變頻器通過輸出的頻率控制電機的協(xié)調(diào)運轉(zhuǎn)，各類繼電器相互協(xié)調(diào)通斷控制系 統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。 4.系統(tǒng)具有延展性，系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)應(yīng)合理，容量適度，擴(kuò)展靈活，使系 統(tǒng)源配置可靈活增加，系統(tǒng)規(guī)模便于擴(kuò)大，預(yù)留適當(dāng)?shù)臄U(kuò)展空間。網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)具 有高可靠性，出現(xiàn)故障要具有可靠的恢復(fù)手段，系統(tǒng)要具有一定的容錯能力。 2.32.3 系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計 如下圖 3：系統(tǒng)的“人”字型結(jié)構(gòu)框圖所示：系統(tǒng)設(shè)計分為系統(tǒng)的電氣結(jié) 構(gòu)設(shè)計和系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計，兩條主線，非常明確。系統(tǒng)的電氣結(jié)構(gòu)

21、作用主 要是為系統(tǒng)的各類設(shè)備提供電能，而系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)作用是控制系統(tǒng)協(xié)調(diào)穩(wěn)定 的運行。系統(tǒng)的電氣結(jié)構(gòu)由整流電路、保護(hù)電路、變頻電路組成，系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié) 構(gòu)設(shè)計由 profibus 總線設(shè)計、plc 控制設(shè)計、以及 step7 軟件的組態(tài)、編程等 設(shè)計組成。 電氣結(jié)構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)就像人的左右手一樣，相互配合，相互制約，共同來 為系統(tǒng)的平穩(wěn)運行服務(wù)，電氣結(jié)構(gòu)為系統(tǒng)運行提供能量，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)為系統(tǒng)的運 行提供控制的“智慧” 。同時，電氣結(jié)構(gòu)中的系統(tǒng)的上電，斷電，系統(tǒng)的各類繼 電器的通斷都由網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)來控制，而網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中各類設(shè)備所用的電能則由電氣 結(jié)構(gòu)負(fù)責(zé)供給。整個系統(tǒng)框圖如一個“人” ， “控制”是系統(tǒng)的心臟，

22、兩個結(jié)構(gòu) 是心痛得的臂膀。 人為為為為為為為 為為為為 為為為為為為為為為為為為為為為為 系系統(tǒng)統(tǒng)整整體體設(shè)設(shè)計計 人 人 人 人 人 人 人 人 人 plc為為 人 step7為為 人 profibus 為為為為 人 為為為為為為為為 控制 供電 圖 3 系統(tǒng)的“人”字型結(jié)構(gòu)框圖 需要指出的是，本設(shè)計重點在于控制方面，因此關(guān)于網(wǎng)絡(luò)方面的設(shè)計會比 較詳盡一些，而電氣方面的設(shè)計則比較粗落。第三章主要介紹電氣結(jié)構(gòu)的設(shè)計 結(jié)構(gòu)，第四章、第五章、第六章主要介紹網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的設(shè)計。 2.42.4 系統(tǒng)電氣結(jié)構(gòu)整體設(shè)計系統(tǒng)電氣結(jié)構(gòu)整體設(shè)計 為為為為(3p) 生生產(chǎn)產(chǎn)線線主主供供電電系系統(tǒng)統(tǒng)框框圖圖 ac380

23、 后后紡紡供供電電系系統(tǒng)統(tǒng) sm 前前紡紡供供電電系系統(tǒng)統(tǒng) sm f2為 6為為為 為為為為為 為為為 為為為為為為 f16-f20為為 為為為為為 sm 為為為1 f4-f12為為 500dv sm 500dv smsm 為為為為為為 為為為2 為為為為為為為為為 為為為為為為為為 為為為為為為為為 smsmsmsmsmsm 為為為 smsm f1 30為為為 圖 4 生產(chǎn)線供電系統(tǒng)圖 一條腈綸生產(chǎn)線根據(jù)工藝的不同分為前紡和后紡，電氣結(jié)構(gòu)的設(shè)計的好 壞直接影響生產(chǎn)線的運行，因此我們生產(chǎn)線供電網(wǎng)絡(luò)采取分支型供電方式， 前紡和后紡分開由直流母線供電。如下圖 4 所示生產(chǎn)線供電系統(tǒng)圖 生產(chǎn)線系統(tǒng)的

24、電源進(jìn)線為 380v 的三相交流電，電源指示燈用來直接觀察 系統(tǒng)電源的情況，交流母線分別為控制柜冷卻風(fēng)機供電、傳感器供電。交流 母線上的交流電經(jīng)兩整流器 1 和整流器 2 后轉(zhuǎn)變?yōu)?500v 的直流電分別送往直 流母線供 前紡和后紡的變頻器使用。其中保護(hù)電路是用來保護(hù)系統(tǒng)的，當(dāng)電 機發(fā)生回饋制動時候，就相當(dāng)于發(fā)電機發(fā)電，直流母線上就會出現(xiàn)泵升電壓， 當(dāng)電壓超過一定的閥值時，保護(hù)電路動作，電機制動，保護(hù)電路還有過流保 護(hù)功能。變頻器將直流電變?yōu)榻涣麟娍刂齐姍C的運轉(zhuǎn)。 本設(shè)計主要研究前紡控制系統(tǒng)的設(shè)計。 2.52.5 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)整體設(shè)計系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)整體設(shè)計 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是用來控制系統(tǒng)運行的，它的

25、結(jié)構(gòu)框圖如下圖 5。整個核 心網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 控制系統(tǒng)以 s7-300 plc 為控制核心，上位工控 pc 和 plc 用 mpi 總 線進(jìn)行通信，中間用 pc 適配器進(jìn)行信號（rs485/rs232）的轉(zhuǎn)換。通過 profibus-dp 網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn) plc 與變頻器之間的數(shù)字通信，用交流變頻器控制同步 電動機進(jìn)行調(diào)速， 達(dá)到生產(chǎn)線速度協(xié)調(diào)控制的目的，從而使的系統(tǒng)安全穩(wěn)定 的運行。 為為為 pc為為為 s s7 7- -3 30 00 0 p pl lc c 為 為 為 為 為為 為 為 為 為為 為 為 為 為 為為為為為為為為為 p pr ro of fi ib bu us s- -d dp p

26、mpi 為為 人人人人人人人 圖 5 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖 第三章第三章 系統(tǒng)電氣結(jié)構(gòu)設(shè)計系統(tǒng)電氣結(jié)構(gòu)設(shè)計 3.13.1 系統(tǒng)電路的整體介紹系統(tǒng)電路的整體介紹 在第一章中我們已經(jīng)講述了腈綸紡絲的生產(chǎn)工藝，它的生產(chǎn)工藝很復(fù)雜， 共有 20 個絲束處理單元。 按照工藝可講 20 個處理單元分為前紡和后紡，前紡 主要負(fù)責(zé)腈綸紡絲 成型、溶劑拉伸、熱牽伸，后方主要負(fù)責(zé) 蒸汽定型、再牽 伸、卷取。由于前紡和后紡的工藝大不相同，我們采取前紡、后紡分別供電的 方式。 以前紡為例，下邊我們來詳細(xì)分析前紡電路方面的設(shè)計。 3.23.2 變頻技術(shù)變頻技術(shù) 變頻器是集電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)和控制技術(shù)于一體的高科技產(chǎn)品。

27、它 通過將標(biāo)準(zhǔn)的交流電轉(zhuǎn)換成電壓和頻率都可變化的交流電，來實現(xiàn)對交流感應(yīng)電 機的變速驅(qū)動。變頻器的成功運用，是交流傳動領(lǐng)域里的一次革命性成果。 .1 變頻器的原理變頻器的原理 變頻器按照能量變換的環(huán)節(jié)可以分為交-交變頻器和交-直-交變頻器。交-交 變頻器是把頻率固定的交流電直接變換成頻率連續(xù)可調(diào)的交流電，主要優(yōu)點是沒 有中間環(huán)節(jié)，故變換效率高，但其連續(xù)可調(diào)的頻率范圍窄，故它主要用于容量較 大的低速拖動系統(tǒng)中。交-直-交變頻器是把頻率固定的交流電整流成直流電，再 把直流電逆變成頻率連續(xù)可調(diào)的三相交流電。如圖 6 所示。 為為為為 為為 為為 為為 為為 為為 vvvf 為為為 a

28、/d 圖 6 交-直-交變頻器原理框圖 交-直-交變頻器按照直流環(huán)節(jié)的儲能方式又可以分為電流型交-直-交變頻器 和電壓型 交-直-交變頻器，兩者的區(qū)別在于前者輸出電流的波形是脈寬調(diào)制波 （pwm） ，后者輸出電壓的波形是脈寬調(diào)制波（pwm） 。如圖 7 所示。目前，在中小 容量的變頻器中，絕大多數(shù)采用交-直-交電壓型變頻器。 圖 7 電壓型 交-直-交變頻器 .2 tdtd 系列變頻器系列變頻器 td 系列變頻器就是交-直-交電壓型變頻器。 其基本原理框圖如圖 8 所示。 圖 8 td3000 基本原理框圖 td 系列變頻器由以下幾個部分組成： 一、輸入濾波部分 ：吸收電壓浪涌

29、、電壓脈沖、電網(wǎng)噪聲。 二、交流-直流變換部分 1 、整流橋 ：整流部分由六只整流管組成三相整流橋，將電源的三相交流 全波整流成直流。整流后平均直流電壓 ud 的大小為： ud=1.35 ul 當(dāng) ul=380v 時，整流后的直流電壓 ud=510v。 2、濾波電容器：濾去整流后的電壓紋波；當(dāng)負(fù)載變化時，使直流電壓保持平 穩(wěn)。 3、緩沖電阻 r1 與接觸器觸點開關(guān) j1：在變頻器合上電源的瞬間，濾波電容 器 c5 、c6 上的充電電流是很大的。過大的沖擊電流將可能使三相整流橋損壞。 為了保護(hù)整流橋，在變頻器剛接通電源的一段時間里，電路內(nèi) 串入緩沖電阻 r1，以限制電容器 c5 、c6 上的充電

30、電流。當(dāng)濾波電容器 c5 、c6 充電電壓達(dá) 到一定程度時，令 j1 接通，將 r1 短路掉。 三、直流-交流變換部分 逆變部分由六只 igbt 管和六只續(xù)流二極管組成。通過控制 igbt 管的開關(guān)順 序和開關(guān)時間，變頻器可以將直流電變成頻率可變、電壓可變的交流電，電壓波 形為脈寬調(diào)制波。 本設(shè)計所用用的變頻器就是艾默森的 td3000 溪流變頻器. .3 變頻器調(diào)速變頻器調(diào)速 由電機學(xué)理論可知三相感應(yīng)電機的轉(zhuǎn)速為： n=60f1(1-s)/p 通過上式可知，改變交流電機轉(zhuǎn)速的方法有三種。即變頻調(diào)速、變極調(diào)速 和變轉(zhuǎn)差率調(diào)速。電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速 n 與定子電源頻率成正比，因此連續(xù)的改

31、變供 電電源的頻率，就可以連續(xù)平滑地調(diào)節(jié)電動機的轉(zhuǎn)速，這種方法稱為變頻調(diào)速。 由于變轉(zhuǎn)差率調(diào)速調(diào)速范圍窄、效率低，對電網(wǎng)污染較大，不能滿足交流 調(diào)速應(yīng)用的廣泛需求。變頻調(diào)速時，從高速到低速 都可以保持有限的轉(zhuǎn)差率， 因而變頻調(diào)速具有調(diào)速范圍范圍廣、平滑性較高、機械特性較硬的優(yōu)點。 隨著電力半導(dǎo)體的發(fā)展，交流變頻技術(shù)漸漸取代直流調(diào)速成為傳動領(lǐng)域的 主流。隨著一些新技術(shù)新理論在變頻調(diào)速中的應(yīng)用，它將向更高性能、更大容 量以及智能化等方向發(fā)展。 3.33.3 整流電路整流電路 生產(chǎn)線的整流器用的是 td3000 系列的變頻器的整流部分,它將 380 的交流電轉(zhuǎn)變 為 500v 的直流電后,直接由直流

32、母線的正負(fù)輸出端子引出, 圖 9 為 td3000 系列的端 子功能表. 圖 9 td3000 系列的端子功能表. 電源三相 u1,v1,w1 分別接 td3000 的 r,s,t 端子.直流母線由(+)(-)端子引出,pe 接地，控制端子負(fù)責(zé)控制整流器的工作。 3.43.4 保護(hù)電路保護(hù)電路 在系統(tǒng)運行時，為了將腈綸絲束按一定比例牽伸，各個傳動點的線速度 不盡相同，因此會造成 f4、f12、f18三臺電機分別被 f5、f13、f19拖到發(fā) 電狀態(tài)。處于發(fā)電狀態(tài)的電機就會通過變頻器整流橋向直流側(cè)反饋能量，抬 高變頻器直流側(cè)的電壓，可能因電壓過高而使變頻器產(chǎn)生保護(hù)動作，影響生 產(chǎn)。 28bu01

33、 28hl01 (27a3) (29c4) (76c5) 28bu0228bu03 28kh0128kh02 28kh03 27b5 28br0128br02 28br03 27b527b5 整流器 con201 27ka05 x9.4 x9.5 28kh01 28kh02 28kh03 故障 27ka04 圖 10 保護(hù)電路 為了解決這個問題，系統(tǒng) 采用共直流母線拖動技術(shù)。前紡 和后紡分別 采用一個整流器的直流母線，直流母線上接有制動單元。當(dāng)一些電動機處 于發(fā)電狀態(tài)時，可以將能量反送到公共直流母線上，被其他的處于電動狀態(tài) 的電機消耗掉，這樣不僅解決了上述的問題，還節(jié)省了能量，一舉兩得。 在系

34、統(tǒng)停車時，電機處于制動發(fā)電狀態(tài)，為了防止直流母線上的電壓過 高，在直流母線上并聯(lián)了制動單元 和制動電阻 。如果直流母線上的電壓過 高，則制動單元工作，通過制動單元，可將停車時所產(chǎn)生的電能消耗在制動 電阻上。 如圖 10保護(hù)電路圖 ，具體保護(hù)過程為：當(dāng)直流母線上的電壓很大，超 過熱繼電器 （常開） 的閥值時，三個 熱繼電器 線圈帶電 ，常閉觸點打開。 當(dāng)變頻器的控制電源只要 斷電，則27ka04（常開）線圈失電 ，常開斷開。 因此它們通過 串聯(lián)的邏輯組合， 通過中間繼電器（ 27ka05）來控制變頻器 的三相交流輸入 電源斷路器 的斷開，同時變頻器停止工作 。而且，當(dāng)熱繼 電器動作時，制動單元和

35、制動電阻也開始接通，制動電阻把直流母線上的能 量變成熱能消耗掉。 3.53.5 前紡電機拖動電路前紡電機拖動電路 腈綸紡絲工藝的特殊要求，為保證腈綸纖維質(zhì)量，就要求系統(tǒng)各個工位 轉(zhuǎn)速具備較 高精度的牽伸比，因此 要求在整組加速、減速已及平穩(wěn)運行時 各個工位的輥子的線速度保持恒定的比值，也就是要求各個變頻器的運行頻 率保持恒定的比值。其中 前紡f1f12為同步電機， 后紡f13f20為異步 電機。前紡電機拖動結(jié)構(gòu)圖如下，圖 11 圖11 前紡電機拖動結(jié)構(gòu)圖 f1變頻器直流側(cè)并聯(lián) 100000f電容，因為 f1電機帶動計量泵將腈綸原 液噴出，經(jīng)過凝固浴生成初生纖維，初生纖維的強度比較低，f1輥子的

36、轉(zhuǎn) 速稍有波動，都有可能造成斷絲，影響后面所有工序的生產(chǎn)。為了保證 f1電機以很平穩(wěn)的轉(zhuǎn)速運行，要求 f1變頻器輸出頻率很穩(wěn)定， 所以在f1 變頻器整流橋的直流側(cè)并聯(lián)了 100000f電容作為大的儲能元件。這樣可以 減小輸入側(cè)電網(wǎng)波動對 f1變頻器的影響 。f2帶6臺電機，除了 f3和f11，每 個變頻器分別 控制一臺 電機。 選擇通用變頻器時，應(yīng)以電動機的額定電流和負(fù)載特性為依據(jù)選擇通用變 頻器的額定容量。由于通用變頻器輸出含有諧波成分，其電流有所增加，應(yīng)適 當(dāng)考慮加大容量，其次應(yīng)考慮最小和最大運行速度極限，以防止低于頻率下限 運行。 我們由電機的功率，在查閱艾默森td3000 系列變頻器

37、手冊中的系列 型號如下 表，我們選擇變頻器的型號為f1 我們選擇型號為 ： f1、f5、f11 型號 td3000-4t0370g，f2 型號 td3000-4t0037g， f7 型號 td3000-4t0300g ，f4、f9、f8、f6 型號 td3000-4t0110g，f10 型號為 td3000-4t0185g 變頻器。 td3000 系列變頻器系列型號表 第四章第四章 plc 控制系統(tǒng)設(shè)計控制系統(tǒng)設(shè)計 4.14.1 plcplc 控制的介紹控制的介紹 .1 plcplc 的簡介的簡介 可編程序控制器簡稱為 plc。現(xiàn)代的可編程序控制器是以微處理器為基礎(chǔ) 的新型工業(yè)

38、控制裝置，是將計算機技術(shù)應(yīng)用于工業(yè)控制領(lǐng)域的嶄新產(chǎn)品。1985 年 1 月，國際電工委員會(iec)對 plc 作了如下定義:“可編程序控制器是一種 數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計。 .2 可編程序控制器的基本結(jié)構(gòu)可編程序控制器的基本結(jié)構(gòu) plc 實際上是一種工業(yè)控制計算機。從結(jié)構(gòu)上分，plc 分為固定式和組合 式(模塊式)兩種。固定式 plc 包括 cpu 板、i/o 板、顯示面板、內(nèi)存塊、電源 等，這些元素組合成一個不可拆卸的整體。模塊式 plc 包括 cpu 模塊、i/o 模 塊、內(nèi)存、電源模塊、底板或機架，這些模塊可以按照一定規(guī)則組合配置?？?編程序

39、控制器的基本結(jié)構(gòu)框圖如下，圖 12。 圖 12 plc 基本結(jié)構(gòu) 4.24.2 plcplc 的比較選型的比較選型 因為腈綸紡絲生產(chǎn)工藝復(fù)雜，生產(chǎn)線 前紡 有多臺電機同時運行，這就對 生產(chǎn)線控制系統(tǒng)的可靠性、實時性、速度協(xié)調(diào)性與穩(wěn)定性要求非常高。 西門子 plc simatic s7-200/300/400 系列的強大功能使其無論在獨立運行 中，或相連成網(wǎng)絡(luò)皆能實現(xiàn)復(fù)雜控制功能。而且 s7 系列具有極高的性能/價格 比。s7 系列 plc 適用于各行各業(yè)，各種場合中的檢測、監(jiān)測及控制的自動化。 結(jié)構(gòu)緊湊，有強大的控制功能，聯(lián)網(wǎng)通信功能，友好的人機界面，診斷功能， 口令保護(hù)功能。 因此我們選擇用

40、西門子的 plc 做從站控制。因為控制系統(tǒng)的復(fù)雜性，小型 的 s7-200 的 i/o 點數(shù)已經(jīng)其他參數(shù)無法滿足控制要求，而 s7-400 雖然能滿足 控制要求，但是有些大材小用，很不經(jīng)濟(jì)，因此我們選擇由西門子 s7-300 做控 制從站，控制整個生產(chǎn)線的協(xié)調(diào)運行。 4.34.3 s7-300s7-300 的介紹的介紹 s7 系列 plc 是 siemens 公司的新型 plc，其中的 s7-200 是小型 plc，s7- 300 型是中 plc，s7-400 是大型 plc。s7-300 是緊湊型、模塊化的中 plc，適于 在要求快速過程處理或?qū)?shù)據(jù)處理能力有特別要求的控制系統(tǒng)中使用。它有極

41、 強的計算能力，完善的指令系統(tǒng)，全面的故障診斷功能，無槽位 限制的模塊化 結(jié)構(gòu)，有 mpi 接口和通過 sinec 局域網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)的能力。 .1 s7-300s7-300 基本結(jié)構(gòu)基本結(jié)構(gòu) s7-300 屬于模塊式 plc，各種模塊安裝在機架上，通過 cpu 模塊或通信模 塊上的通信接口，plc 被連接到通信網(wǎng)絡(luò)上，可以與計算機、其他 plc 或其他 設(shè)備通信。下邊是 s7-300 模塊的作用。 （1）cpu 模塊主要由微處理器和存儲器組成，集成了過程控制功能，用于 執(zhí)行用戶程序，每個 cpu 都有一個編程用的 rs-485 接口。 （2）輸入和輸出模塊通稱為信號模塊，它是聯(lián)系外部

42、現(xiàn)場設(shè)備和 cpu 模塊 的橋梁。 （3）功能模塊（fm）：為了增強 plc 的功能，擴(kuò)大其應(yīng)用領(lǐng)域而開發(fā)的模 塊。主要用于對實時性和存儲容量要求高的控制任務(wù)。 （4）通信處理器：用于 plc 之間、plc 與遠(yuǎn)程 i/o 之間、plc 與計算機和 其它智能設(shè)備之間的通信。 （5）接口模塊：cpu 模塊所在的機架稱為中央計架，可以增設(shè)一個或多個 擴(kuò)展機架，接口模塊用來實現(xiàn)中央機架和擴(kuò)展機架之間的通信。 .2 s7-300s7-300 的功能的功能 1.高速的指令處理:0.6-0.1us 的指令處理時間在中等到較低的性能要求范 圍內(nèi)開辟了全新的應(yīng)用領(lǐng)域。 2. 浮點數(shù)運算:用此功

43、能可以有效地實現(xiàn)更為復(fù)雜的算術(shù)運算 3. 方便用戶的參數(shù)賦值 4.人機界面(hmi):方便的人機界面服務(wù)已經(jīng)集成在 s7-300 操作系統(tǒng)內(nèi)。因 此人機對話的編程要求大大減少。simatic 人機界面(hmi)從 s7-300 中取得數(shù) 據(jù)，s7-300 按用戶指定的刷新速度傳送這些數(shù)據(jù)。s7-300 操作系統(tǒng)自動地處理 數(shù)據(jù)的傳送。 5.診斷功能:cpu 的智能化的診斷系統(tǒng)連續(xù)監(jiān)控系統(tǒng)的功能是否正常、記錄 錯誤和特殊系統(tǒng)事件(例如:超時，模塊更換，等等)。 6.口令保護(hù):多級口令保護(hù)可以使用戶高度、有效地保護(hù)其技術(shù)機密，防止 未經(jīng)允許的復(fù)制和修改。 7.操作方式選擇開關(guān):操作方式選擇開關(guān)像鑰

44、匙一樣可以拔出，當(dāng)鑰匙拔出 時，就不能改變操作方式。這樣就防止非法刪除或改寫用戶程序。 8.通訊:方便用戶的 step7 的用戶界面提供了通訊組態(tài)功能，這使得組態(tài)非 常容易、簡單。simatic57-300 具有多種不同的通訊接口。 4.44.4 plcplc 控制系統(tǒng)的設(shè)計控制系統(tǒng)的設(shè)計 腈綸紡絲是一個連續(xù)、復(fù)雜的過程，現(xiàn)場通信網(wǎng)絡(luò)處于工業(yè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的 底層，直接連接現(xiàn)場的各臺設(shè)備，包括i/o 設(shè)備、變頻與驅(qū)動裝置，網(wǎng)絡(luò) 上傳遞的主要是控制信號，因此，對網(wǎng)絡(luò)的實時性和確定性有很高的要求。 為實現(xiàn)各個工位電動機高速、同步、大范圍控制、穩(wěn)定運行等生產(chǎn)工藝要求， 采用通信速度快、實時性好、組態(tài)配置靈

45、活的 profibus-dp 作為現(xiàn)場的通信總 線。 在本控制系統(tǒng)中，對每個工位（f1-f12）采用一臺變頻器來進(jìn)行頻率的調(diào) 節(jié)控制。plc 發(fā)出控制信號，由 profibus-dp 作為信號的傳輸通道，將控制信 號傳送給變頻器，完成對電動機的自動控制。變頻器對電動機具有完善的保護(hù) 功能，它通過接受 plc 的信號控制電機轉(zhuǎn)速大小，并且向 plc 反饋自身的工作 狀態(tài)信號。當(dāng)發(fā)生故障時，能夠向 plc 及上位機發(fā)出警報信號。 4.54.5 plcplc 通信的實現(xiàn)通信的實現(xiàn) .1 plcplc 主站主站 現(xiàn)場通信網(wǎng)絡(luò)的主站是plc，每臺plc通過profibus-dp網(wǎng)絡(luò)與i/

46、o站以及10 臺變頻器通信，傳輸?shù)闹饕畔⑹禽斎肓?、輸出量和變頻器的控制參數(shù)等。plc 與上位工控pc用mpi通信，工控pc機裝有系統(tǒng)控制和編程的應(yīng)用軟件step7，運 行前工控pc將程序傳到plc的存儲器里面，運行時plc的cpu執(zhí)行提前存儲的程序， 并且不斷掃描i/o點的信息，進(jìn)而控制各個電機的協(xié)調(diào)運行。在運行過程中，管 理人員可以通過友好的人機界面來觀察生產(chǎn)線的運行情況，并可以通過修改程 序以及參數(shù)，改變系統(tǒng)運行的狀態(tài)。如圖13 plc控制結(jié)構(gòu)圖 圖13 plc控制結(jié)構(gòu)圖 .2 變頻器智能從站變頻器智能從站 這里我們選用的是艾默生 td3000 系列變頻器，它是一種高品質(zhì)

47、、多功能、 低噪音的矢量控制通用變頻器。通過對電機磁通電流和轉(zhuǎn)矩電流的解耦控制， 實現(xiàn)了轉(zhuǎn)矩的快速響應(yīng)和準(zhǔn)確控制，能以很高的控制精度進(jìn)行寬范圍的調(diào)速運 行。適用功率范圍是 2.2kw-75kw。 變頻器智能從站要與 plc 控制站通信，需要 通過總線適配器 tds- pa01 接入 profibus-dp 總線，這樣變頻器的運行參數(shù)和plc 的控制參數(shù) 可以通過總線相互傳遞。前紡共有10 臺變頻器， f1 變頻器控制 30 臺電 機，f2 變頻器控制 6 臺電機，其余每臺變頻器控制一臺電機。 下圖 14 為 plc 和變頻器的連接圖 圖14 plc和變頻器的連接圖 4.64.6 plcplc

48、的的 i/oi/o 模塊模塊 為實現(xiàn)整個腈綸紡絲的工藝流程，對于前紡每個工位，分別設(shè)置四個數(shù)字 輸入點，分別是起動、停止、升速、降速。通過手動操作，將這些數(shù)字信號傳 給 plc，通過 plc 內(nèi)部的軟件程序，把輸出控制信號再通過通訊方式傳回到變 頻器，從而控制電機的運行狀態(tài)。同樣，為了升速降速的需要，還需要輸出模 擬量信號電機轉(zhuǎn)速，從而更好地控制升速降速的過程。 圖 15 plc 模塊連接 圖 15，前紡共用到六個模塊，其中有電源模塊 ps、cpu 模塊、還有兩個 di 模塊 sm01、sm02，用于控制信號輸入。ao 模塊 sm03、sm04，用于電機速度輸 出，在速度計顯示，用于更好的調(diào)速

49、和監(jiān)測電機的轉(zhuǎn)速。 圖 16 f1 數(shù)字輸入 圖 16 是 f1 數(shù)字量輸入電氣連接圖。數(shù)字量輸入模塊用于連接外部的機械 觸點。這里主要是連接四個數(shù)字輸入：起動、停止、升速、降速。另外，對于 全部前紡生產(chǎn)線還需加一個急停按鈕，以防止特殊情況。整個前紡 采用的 di 模塊 sm01、sm02 是輸入點數(shù)為 32 的模塊。 圖 17 電機速度輸出 圖 17 是部分工位電機速度輸出。整個前紡生產(chǎn)線用了兩個模擬量輸出模塊 sm03、sm04 以把電機當(dāng)前的速度顯示到速度板上。 模擬量輸出模塊用于將 cpu 送給它的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為成比例的電流信號 （4-20ma） ，對執(zhí)行機構(gòu)進(jìn)行調(diào)節(jié)和控制，其主要組成

50、部分是 d/a 轉(zhuǎn)換器。sm03 和 sm04 分別有 a01-0a01-7 八個輸出端，分別輸出一個 f1-f12 的電機轉(zhuǎn) 速。 第五章第五章 基于基于 profibus 總線通信的設(shè)計總線通信的設(shè)計 本章主要介紹上位機和 plc、plc 和變頻器之間通信的具體實現(xiàn)，在研究現(xiàn) 場總線的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)了上位機與 s7-300 之間的 mpi 通信，以及 s7-300 plc 與變頻器之間的 profibusdp 通信。 5.15.1 profibusprofibus 現(xiàn)場總線技術(shù)現(xiàn)場總線技術(shù) 5.1.1profibus5.1.1profibus 現(xiàn)場總線技術(shù)概述現(xiàn)場總線技術(shù)概述 profibu

51、s 誕生于 1987 年， 1989 年被立項為德國國家標(biāo)準(zhǔn) din19245。其 后的幾年 profibus -fms ,profibus-dp , profibus-pa 先后被批準(zhǔn)實施。1996 年 3 月被歐洲電工標(biāo)準(zhǔn)化委員會批準(zhǔn)為歐洲標(biāo)準(zhǔn)。近幾年來，profibus 在全世 界得到了廣泛的應(yīng)用。 profibus 是涵蓋現(xiàn)場級和單元級的控制網(wǎng)絡(luò). 在這里單元級是指工廠、生 產(chǎn)線等級別的監(jiān)控網(wǎng)絡(luò). profibus 以 fms , p a 類型兼容單元級網(wǎng)絡(luò)，以 dp 和 pa 類型適應(yīng)現(xiàn)場層。而管理層是以工業(yè)以太網(wǎng)為基礎(chǔ). 這種自下而上的網(wǎng)絡(luò) 結(jié)構(gòu)使工廠企業(yè)的全系統(tǒng)信息集成成為可能。

52、信息可以從工業(yè)現(xiàn)場逐級上傳、 匯總， 為實現(xiàn)工廠綜合自動化和現(xiàn)場設(shè)備智能化提供了可行的解決方案， 不 僅能大大提高企業(yè)的自動化水平，而且可以大幅度提高企業(yè)的管理水平。 .2 profibusprofibus 的基本特點的基本特點 profibus 定義了串行現(xiàn)場總線系統(tǒng)的技術(shù)特征。 串行現(xiàn)場總線可以從 現(xiàn) 場級到單元級 使分散的可編程的控制器形成網(wǎng)絡(luò)。profibus 系統(tǒng)中的設(shè)備類 型可分為主站和從站.profibus 是一個多主站系統(tǒng)，它允許若干個帶各自 分散 外設(shè)的自動化系統(tǒng)、工程系統(tǒng)或可視化系統(tǒng)在一條總線上聯(lián)合運行。 .3 profibusprofibu

53、s 的類型的類型 (1) profibus-dp：是一種高速低成本通信，用于 現(xiàn)場級控制系統(tǒng)與 分散式 i/o 的通信。使用 profibus-dp 可取代辦 24vdc 或 4-20ma 信號傳 輸。 (2) profibus-pa：專為過程自動化設(shè)計，可使傳感器和執(zhí)行機構(gòu)聯(lián)在 一根總線上，并有本征安全規(guī)范。 (3) profibus-fms：用于車間級監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，是一個令牌結(jié)構(gòu)、實時多主 網(wǎng)絡(luò)。 本設(shè)計控制系統(tǒng)使用了 profibus-dp 現(xiàn)場總線，下面詳細(xì)論述。 5.25.2 profibusprofibusdpdp 現(xiàn)場總線技術(shù)現(xiàn)場總線技術(shù) .1 profibuspro

54、fibusdpdp 協(xié)議結(jié)構(gòu)協(xié)議結(jié)構(gòu) profibusdp 協(xié)議結(jié)構(gòu)以開放式系統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)（open system interconnection-osi）作為參考模型的。profibusdp 定義了第一、二層和 用戶接口。這種精簡的結(jié)構(gòu)確保了高速數(shù)據(jù)傳輸。 profibusdp 特別適合于 plc 與現(xiàn)場分布式 i/o（例如西門子 et200）設(shè) 備之間的通信。s7-200/300 系列 plc 均配備有集成的 profibusdp 接口，同 時 s7-300/400 也可以通過通信處理器連接到 profibusdp 現(xiàn)場總線上。 .2 profibusprofibusdpdp

55、 特性特性 profibusdp 用于現(xiàn)場層的高速數(shù)據(jù)傳送。主站周期地讀取從站的輸入信 息并周期地向從站發(fā)送輸出信息?？偩€循環(huán)時間必須要比主站（plc）程序循環(huán) 時間短。除周期性用戶數(shù)據(jù)傳輸外，profibusdp 還提供智能化設(shè)備所需的非 周期性通信以進(jìn)行組態(tài)診斷和報警處理。 profibusdp 的 rs485 傳輸 profibusdp 符合 rs-485 標(biāo)準(zhǔn)，傳輸介質(zhì)采 用價格便宜的屏蔽雙絞線電纜或光纜。波特率從 9.6kbps-12mbps。 .3 profibus-dpprofibus-dp 系統(tǒng)配置和設(shè)備類型系統(tǒng)配置和設(shè)備類型 profibus-dp 允許構(gòu)成單

56、主站或多主站系統(tǒng)。在同一總線上最多可連接 126 個站點。系統(tǒng)配置的描述包括：站數(shù)、站地址、輸入/輸出地址、輸 入/輸出數(shù)據(jù)格式、診斷信息格式及所使用的總線參數(shù)。 每個 profibus-dp 系統(tǒng)可包括以下三種不同類型設(shè)備： (1) 一類 dp 主站（dpm1）：一類 dp 主站是中央控制器，它在預(yù)定的 信息周期內(nèi)與分散的站（如dp 從站）交換信息。典型的 dpm1 如 plc 或 pc。 (2) 二類 dp 主站（dpm2）：二類 dp 主站是編程器、組態(tài)設(shè)備或操作 面板，在 dp 系統(tǒng)組態(tài)操作時使用，完成系統(tǒng)操作和監(jiān)視目的。 (3) dp 從站：dp 從站是進(jìn)行輸入和輸出信息采集和發(fā)送的

57、外圍設(shè)備 （i/o 設(shè)備、驅(qū)動器、 hmi、閥門等） 。 除了這三類設(shè)備外，要組成一個完整的 profibusdp 通信網(wǎng)絡(luò)，還需要 profibus 網(wǎng)絡(luò)部件，如：通信介質(zhì)（電纜或光纖） 、總線部件、網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)接器等。 .4 profibus-dpprofibus-dp 基本功能基本功能 （1）總線存取方法：各主站間令牌傳送，主站與從站間數(shù)據(jù)傳送為主-從 循環(huán)傳送支持單主站或多主站系統(tǒng)?？偩€上最多站點數(shù)為 126 個。 （2）循環(huán)數(shù)據(jù)交換：dp 功能可以實現(xiàn)中央控制器與分布式現(xiàn)場設(shè)備之間 的快速循環(huán)數(shù)據(jù)交換，主站發(fā)出請求報文，從站收到后返回響應(yīng)報文。主站和 從站間的數(shù)據(jù)傳送分為

58、3 個階段：參數(shù)化、組態(tài)和數(shù)據(jù)交換。 （3）診斷功能：經(jīng)過擴(kuò)展的 profibusdp 診斷，能對 站級、模塊級、通 道級 這 3 級故障進(jìn)行診斷和快速定位，診斷信息在總線上傳輸并由主站采集。 （4）保護(hù)功能：dp 功能可以對 dp 從站的輸出進(jìn)行存取保護(hù)。 （5）網(wǎng)絡(luò)功能；通過網(wǎng)絡(luò)可以實現(xiàn)：動態(tài)激活或關(guān)閉 dp 從站，對 dp 主站 進(jìn)行配置，可以設(shè)置站點的數(shù)目、dp 從站的地址、輸入/輸出數(shù)據(jù)的格式、診 斷報文的格式等。 （6）同步與鎖定功能：主站可以發(fā)送同步命令給一個從站或一組從站。接 收到主站的同步命令后，從站進(jìn) 入同步模式。 5.35.3 工業(yè)工業(yè) pcpc 和和 plcplc 的通

59、信的通信 .1 mpimpi 通信通信介紹介紹 多點接口 mpi 是 simatic s7 的編程設(shè)備接口，它允許通過一個中央端口 就能夠訪問到一定數(shù)量的編程模塊和操作面板等。連接在 mpi 網(wǎng)絡(luò)上的結(jié)點之 間通過 mpi 就可以互相通信。由 mpi 可以用于同時連接編程器、pc 機、人機界 面系統(tǒng)及其他 simatic s7/m7 等自 動化控制系統(tǒng)，所以對于構(gòu)成中小規(guī)模的數(shù) 據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)來講，采用 mpi 網(wǎng)絡(luò)是一個經(jīng)濟(jì)而有效的解決方案。 .2 pc/mpipc/mpi 適配器介紹適配器介紹 pc/mpi (isolated) cable 適配器亦稱為 pc

60、適配器,實現(xiàn) rs232 到 rs485 接口的電平轉(zhuǎn)換和 rs232 到 mpi 協(xié)議的轉(zhuǎn)換,用于連接 siemens s7-300/400 系 列 plc 的 mpi 口(rs485)和 pc 的 com 口(rs232).如下圖 18pc/mpi 適配器示意圖 pc/mpi 適配器,在 rs232 端口和 rs485 端口均設(shè)有浪涌保護(hù)和防雷擊保護(hù) 電路,可任意帶電插拔,適用于西門子 s7-300/400 全系列 plc 及其它帶有 mpi 接 口的裝置。 圖 18 pc/mpi 適配器示意圖 .3 工業(yè)工業(yè) pcpc 和和 plcplc 的通信設(shè)置的通信設(shè)置 （1）硬件