PROFIBUS在纸机传动中的应用

1.2 传动控制系统的控制要求

　　造纸机生产过程是由网部、压榨部、干燥部、压光部、卷纸部等连续且复杂的过程组成，具体表现在以下几个方面：① 多变量、多参数系统，影响传动系统的因素很多，例如张力、速度、电流、电压、负载等；② 交流电动机的非线性；③ 负载的不确定性；④ 多电机间性能的不匹配；⑤ 多电机之间存在耦合。因此，造纸机的传动控制要求满足：① 实现速度链控制。依据纸机传动系统的工艺特点，采用了调节变比的控制方法实现速度链功能。操作屏上设有功能键，通过通讯可直接修改PLC 内的数据区，改变响应传动点的速度设定值。② 实现负荷分配控制。网部真空伏辊、驱动辊、第一导网辊和光压上、下辊这两组之间要求速度同步的同时要求负载均衡，否则会影响正常抄纸。当负荷不能均匀分布时，有可能撕坏毛布或造成断纸，所以在这2 个传动组合中的各自传动点之间实施负荷分配自动控制功能。PLC 通过PROFIBUS现场总线得到电机电流信号，以先进的调节算法调节变频器的输出，使各电机转矩电流和额定电流比值相等，这样完成负荷分配的自动控制。③ 实现张力控制。根据纸机工艺要求，在多组烘缸与卷纸机之间加张力传感器，张力传感器将张力信号通过A/D 转换模块送人PLC，在操作台上的操作屏上进行张力设定，PLC根据张力设定值和张力传感器的反馈值对卷纸机进行调节，保持张力恒定准确。PLC 内采用积分分离的PID 控制算法，并带有速度限幅，仿止断纸时出现张力飞车现象。

2PROFIBUS网络结构及传输技术

2.1PROFIBUS协议结构

　　PROFIBUS 通信协议结构的基础是ISO/OSI 的7 层网络参考模型，其结构如图3 所示。

■ DIN19245第四部分 ■ EN50 170 ■PROFIBUS准则
图3 PROFIBUS协议的结构

　　PROFIBUS-FMS 第l 、第2 和第7 层均加以定义，其中第3～第6 层未加以描述，其功能在底层接口（Lower Layer Interface）完成，LLI 是第7 层中的一部分，FMS(Field Message Specification现场总线报文规范）包含了应用层协议并提供了多种强有力的通信服务及用户接口。

　　PROFIBUS-DP 使用第l 层、第2 层和用户接口，以直接数据链路映像（Direct Data Link Mapper）提供易于进入第2 层的用户接口。该用户接口规定了可以调用的应用功能并详细说明了各种不同PROFIBUS-DP 设备的设备行为，还提供了传输用的RS485 传输技术或光纤。

　　PROFIBUS-PA 采用扩展的“PROFIBUS-DP”协议进行数据传输。这种传输技术可确保其本质安全性并使现场设备通过总线供电。

2.2 PROFIBUS 传输技术

　　PROFIBUS 提供以下3 种类型的传输技术：FMS 和DP 的RS485 传输；PA 的IECll58～2 传输；光纤( FO）。RS485 采用屏蔽双绞线，操作容易，设备简单、价格便宜，而且能够满足高速传输的要求，故应用较广，成为PROFIBUS 最常用的一种传输技术。RS-485 总线结构允许增加或减少站点，传输速度可选用9.6 kbps～12 Mbps 。PA 的IECll58-2 传输技术可保持其本质安全性并使现场设备通过总线供电，所以这种传输技术能满足化工和石化工业的要求并在这些领域得到广泛使用。另外，IECll58-2 信号可通过耦合器与RS-485 信号相适配，这样PROFIBUS-PA 设备能很方便地集成到PROFIBUS-DP 网络。光纤传输技术主要用于电磁干扰很大的环境中，它可以增加高速传输的最大距离，但光纤传输造价较高。

3 上位操作监控管理系统

　　上位监控计算机采用西门子公司的PⅢ450 加54cm 彩显，打印机，软件平台为随机所带的原版Windows NT Workstation 软件，工控组态软件为德国西门子公司的工业控制组态软件WinCC ，即“WINDOWS CONTROL CENTER”（窗口控制中心）——为在标准PC 和WINDOWS NT 环境下实现集成化全32 位的HMI （人机界面）的功能。WinCC5.0 具有的特点：① 全集成自动化，使STEP7 编程环境更贴近于WinCC 的组态环境；② 组态更加高效，易于操作，最大地减少组态时间，是成功的HMI/SCADA 软件的一个主要标准，SIMATIC WinCC 一直遵循这个标准；③ WinCC 是按照客户机／服务器系统设计的，最多支持16 个客户机；④ WinCCWeb 浏览器功能允许通过国际互联网Internet或企业内部网Internet 对工厂设备进行监视甚至操作；⑤ WinCC5.5 对MessengerGuardian （信使和看护者）可选功能进行了升级，主要的新功能是通过网络的摄像监视，且在看护者计算机上支持多摄像机监视；⑥ 开放式结构，易学易用，支持全序列的SIMATIC PLC ；⑦ 集成的SQL 数据有利于数据的存取和交流，并且支持0LE2.0 及OCX 控件。上位监控计算机的生产数据存人SQL 数据库。