基于PROFIBUS DP总线的三模头纺粘在线复合非织造布设备人机交互系统设计

中国纺织科学技术有限公司 帅建凌 王海英/文

产品开发

基于PROFIBUS DP总线的三模头纺粘在线复合非织造布设备人机交互系统设计

中国纺织科学技术有限公司 帅建凌 王海英/文

本文主要以某大型国际合作项目为背景，介绍了基于PROFIBUS DP总线的高可靠在线复合非织造布人机交互控制系统的设计与应用，着重介绍了总线在系统通信网络中的运用。

PROFIBUS DP总线 人机交互系统 通信网络

1 引言

我国“十二五”规划中，重点发展的产业用纺织品有土工材料、过滤材料、农用纺织品、医疗卫生用纺织品、劳动防护材料。近两年的市场实践使我们认识到这些重点发展的产品也正是丙纶纺粘产品市场发展模式转变的着力点和突破点。

纺粘法（Spunbond简称S）是聚合物挤出法非织造布生产中最重要的、应用最广泛的一种方法。它利用化纤纺丝原理，在聚合物纺丝过程中使连续长丝铺置成网，纤网经机械、化学或热粘合等方法加固成网。

对于3.2米SSS在线复合设备，其联合机的控制与单S相比，人机交互系统的电气控制节点越来越多，网络站点也相应增加，高可靠智能化控制系统的架构设计特别是通讯的实现尤为重要。

2 系统的组成及工作原理

3.2米SSS纺粘在线复合设备工艺流程：上料系统（边料回收系统）→螺杆系统→过滤器→计量泵→模头→牵伸系统→铺网接收系统→热轧机→卷绕系统,如图1所示。人机交互系统主要包括传动系统，温控系统和辅助设备，其中传动系统结构如图2所示。各系统之间的连接依靠PLC控制，采用PROFIBUS DP 总线通信网络。

图1 SSS纺粘复合生产线工艺流程图

图2 人机交互系统网络拓扑图

人机交互系统网络拓扑图如图2所示，其由一台工控机，一台S7-300 PLC主机，和若干PROFIBUS从站构成，由于系统从站较多，我们采用了两路独立的PROFIBUS总线，第一路总线有12个从站节点，其中包括1个远程I/O站ET200S,1个EM277和10台西门子M44O变频器，另外此路总线上还有1台工控机。第二路总线由SB1，SB2，SB3三套网络系统组成，每套网络系统分别由7台M44O变频器和1个台达温控通信模块构成，因此第二路总线共有24个DP从站。

3 PROFIBUS总线网络设计

ROFIBUS总线是当今应用较为广泛的过程现场总线，大致分为三类，即PRFIBUS-DP、PRFIBUS-FMS、PRFIBUS-PA，通常都采用PRFIBUS-DP通信。

现场总线控制系统（Fieldbus Control System，简称FCS）是由现场总线和现场设备互联构成现场总线控制系统。它打破了传统模拟控制系统采用一对一的设备连线的结构形式,不需要按控制回路分别连接。现场总线采用智能设备，使控制系统功能不依赖控制室的计算机或控制仪表，直接在现场完成控制功能。在现场总线控制系统中采用数字信号代替模拟信号，可以实现一对电缆上传输多个信号，如运行参数、故障信息、多个设备状态等，一对双绞线上可挂接多个控制设备， 便于节省安装费用。现场设备以外不需要A/D、D/A 信号转换部件。这样就简化了系统结构、节约了硬件设备连接电缆、降低了安装成本和维护费用。本文设计的总线控制系统有如下特点：

3.1由于采用了PROFIBUS DP总线通信网络，通信速率大幅提高（最高可达12Mbps），增强了主机与各控制节点的通信实时性。

3.2采用先进的WinCC人机界面,西门子WinCC组态软件是一种通用的应用程序，适合所有工业领域的解决方案；多语言支持，全球通用；可以集成到所有自动化解决方案内；内置所有操作和管理功能，可简单、有效地进行组态；可基于Web持续延展，采用开放性标准，集成简便；集成的Historian 系统作为IT和商务集成的平台；可用选件和附加件进行扩展；“全集成自动化” 的组成部分，适用于所有工业和技术领域的解决方案。

3.3整条生产线温度控制点多达一百三十多点，由此采用了多个多回路的温控模块，取代了原先的单回路表控制模式，大大降低设备安装和采购成本，每几个温控模块通过通信模块组成一个DP从站单元，温控数据可以通过PROFIBUS DP总线高效的与主机交换，更好的监视各节点温度控制。

4 网络通信实现的方法

图3是PLC硬件组态图，主机PLC主要包括电源模块，含集成DP通信卡的CPU模块，数字输入/输出模块,模拟量输入模块，PROFIBUS DP通信模块。数据传输通过两路PROFIBUS DP总线完成,第一路总线连接与铺网机传动有关的变频器和远程I/O单元，另外还与工控机通过S7通信协议连接。第二路总线连接三套纺粘的风机泵类变频器和温控模块，共计24路从站。

图3 硬件组态图

图4是开机工艺界面，界面清新友好，应客户要求增加了基速和统调的参数一键切换，提高了人性化的操作。

图4 WINCC工艺界面1

图5 WINCC工艺界面2

5 应用效果

本文给出了一个高可靠、多节点的电气控制系统，取得了较好的效果。

5.1 抗干扰能力增强。数字信号代替传统的模拟信号，使系统中温度、压力、位置检测信号或执行器的控制信号传输中不受工作现场的电机产生的电磁干扰，提高了控制精度。

5.2 由于采用现场总线布线，信号检测设备和执行器等设备不需要一对一连接到控制器上，而是将各设备就近连接在两条双绞线上，由双绞线将信号传输给控制器，该传输方式使电缆根数大大减少。

5.3 系统具有本地控制和远程控制。本地控制功能主要控制功能彻底下放到现场，降低了安装成本和维护费用。远程控制功能主要是将处理后的参数通过总线传输给主机供主机检测，而主机发送控制命令给微处理器，再由微处理器实现远程控制。

5.4 由于总线具有自诊断与简单故障处理能力，并通过数字通信将相关的诊断维护信息送给控制室，这样便于准确快速地排除故障，缩短维护停机时间。

6 背景介绍

目前国产纺熔非织造布生产线水平无法提供稳定的卫用及建筑用无纺布的生产，国内外的用户基本依靠进口生产线。世界领先的多头纺粘非织造布生产线设备，当属德国莱芬四代。Reicofil IV型设备生产速度可达600m/min，最新改进型则达到了800m/min甚至更高。其纺丝纤度更细、成网更为均匀、手感更为柔软，节能水平也更高，生产稳定易操作。

为满足国内外对高档卫用及建筑用纺粘复合材料的市场需求，我公司开发3.2米SSS丙纶纺粘复合非织造布设备及工艺, 目前已签订了两条供货合同。国内供货的生产线已进入生产阶段, 国外生产线已进入安装阶段。该项目研制成功，填补了国产卫用及建筑用纺粘复合生产线的技术空白，赶超国际先进水平，并能通过不断的产业化，满足国内高端客户日益增长的需求使其节约成本，提高出口创汇的能力。

7 结束语

本文结合我公司已开发的3.2米SSS纺粘复合非织造布生产线, 对多头纺粘非织造布联合机电气控制系统的人机交互系统设计进行了分析,对网络通讯的具体应用方法进行了介绍。随着已供货的两条生产线实际运行及对运行数据的测试, 将证实该人机交互系统设计的先进性、可靠性和实用性,并将对非织造布行业乃至化纤、印染等大型连续自动控制系统中具有良好的参考价值。