一、工藝流程及概況
　　
　　熔體直接紡大容量滌綸紡絲生產(chǎn)線的工藝流程：熔體增壓泵---熔體輸送管---紡絲箱體---計量泵---中心內(nèi)環(huán)吹裝置---卷繞機---牽引機---喂入機---盛絲桶往復機。本聯(lián)合機共有6個紡絲箱，有36個紡絲位，每個紡絲位配置一臺高精度的計量泵。直紡熔體經(jīng)增壓泵增壓后由熔體輸送管將熔體輸送至紡絲箱，經(jīng)計量泵計量后由噴絲板噴出，通過中心內(nèi)環(huán)吹裝置，受空氣冷卻固化后進入卷繞機，各紡絲位絲束經(jīng)過上油裝置后進入牽引機，再由喂入機送入盛絲桶往復機。
　　
　　日產(chǎn)150噸大容量滌綸短纖維紡絲生產(chǎn)線電氣控制系統(tǒng)是基于PLC的現(xiàn)場總線的分布式控制系統(tǒng)(FCS)。系統(tǒng)的控制范圍涵蓋熔體直接紡生產(chǎn)線的熔體配管增壓泵到盛絲桶往復機的全部范圍。
　　
　　二、控制系統(tǒng)的特點
　　
　　大容量滌綸短纖維紡絲生產(chǎn)線電氣自動控制系統(tǒng)的主要特點：
　　1、采用基于現(xiàn)場總線的控制系統(tǒng)FCS，系統(tǒng)高度穩(wěn)定可靠，有很強的抗干擾能力；
　　2、開放式的總線，容納第三方設備；
　　3、變頻調(diào)速采用高精度的Siemens 變頻傳動系統(tǒng)；
　　4、實現(xiàn)全數(shù)字化、全現(xiàn)場化控制；
　　5、設備集中監(jiān)控、友好的人機界面；
　　6、可以實現(xiàn)車間和工廠級的信息化管理，向信息系統(tǒng)自動提供實時數(shù)據(jù)；
　　
　　三、控制系統(tǒng)架構(gòu)
　　
　　1、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
　　整個控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)采用分層控制方式，由上位工業(yè)PC機、HMI觸摸屏、OP操作屏、S7 PLC，變頻控制柜和現(xiàn)場I/O及現(xiàn)場設備等組成。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖如〈圖一〉所示：
　　
　　2、功能組成
　　如上圖所示，控制系統(tǒng)分為三個控制層次：
　　中央監(jiān)控管理層---工業(yè)PC計算機、HMI觸摸屏
　　生產(chǎn)過程邏輯判斷和數(shù)據(jù)采集層---S7 PLC
　　設備運行操作層---MCC控制柜和現(xiàn)場I/O及現(xiàn)場設備
　　下面對各層次的功能和它們之間的聯(lián)系做簡單的介紹：
　　上位工業(yè)PC機以圖形畫面顯示設備模型及運行狀態(tài)，監(jiān)控和修改各個工藝參數(shù)，發(fā)出控制命令，并完成報警，存檔，打印等信息處理。上位機組態(tài)軟件采用組態(tài)王（Kingview6.5）。組態(tài)王是目前國內(nèi)比較廣泛用于工業(yè)控制的組態(tài)軟件。組態(tài)王能實現(xiàn)對所有PLC內(nèi)存單元的讀寫。系統(tǒng)運行時，通過讀取PLC內(nèi)存單元中的內(nèi)容，上位機可以將系統(tǒng)的運行過程用畫面的形式顯示，對之進行監(jiān)控，同時，通過向PLC的內(nèi)存單元寫入數(shù)據(jù)，可以下發(fā)命令給PLC，控制系統(tǒng)的運行。開發(fā)工業(yè)PC機程序時，充分利用了軟件系統(tǒng)提供的資源，使開發(fā)過程快速便捷。
　　
　　PLC與上位工業(yè)PC機的通信采用西門子專用的Profibus或Ethernet通信模塊，通過Profibus或Ethernet網(wǎng)與上位機、觸摸屏通訊，PLC向上位機、觸摸屏傳送設備的實時數(shù)據(jù)及狀態(tài)，接收并執(zhí)行上位機、觸摸屏的實時控制指令；在上位機、觸摸屏上可以修改各單元機的工藝參數(shù)及各單元機的實時狀態(tài)。
　　
　　四、PLC的配置
　　
　　1、1PLC及2PLC：紡絲機PLC
　　大容量滌綸短纖維紡絲機電氣自動控制系統(tǒng)采用西門子2臺S7 PLC、模擬量輸入模塊對紡絲箱體溫度、組件壓力等對象進行監(jiān)控，同時通過Profibus現(xiàn)場總線控制計量泵及油濟泵傳動變頻器；現(xiàn)場智能I/O采用ET200模塊，通過Profibus現(xiàn)場總線與CPU完成數(shù)據(jù)高速傳輸，現(xiàn)場I/O模塊對環(huán)吹小車升降、進退及計量泵起停進行控制。ET200作為從站，通過IM153-2與CPU完成。紡絲箱體ET200從站歸紡絲PLC。通過CP340通訊模塊與聯(lián)苯爐溫度控制器RKC-D系列儀表進行通訊; 在紡絲層設有一個現(xiàn)場操作臺，在操作臺上設設置一個Siemens HMI觸摸屏，可在現(xiàn)場修改計量泵及油劑泵變頻器的頻率。
　　
　　2、3PLC：卷繞牽引喂入PLC
　　卷繞機電氣自動控制系統(tǒng)采用西門子S7 PLC通過數(shù)字I/O模塊卷繞機吸絲、切絲、牽引輥、導入棍、喂入輪、上油泵等對象進行控制，同時經(jīng)過PROFIBUS現(xiàn)場總線控制牽引輥、導絲輥、喂入輪、上油傳動變頻器速度或頻率，并在牽引喂入機處設有一個操作臺，在操作臺上設置一個Siemens HMI觸摸屏，可設定牽引喂入機的速度。
　　
　　3、4PLC：盛絲桶往復機PLC：
　　盛絲桶往復機電氣自動控制系統(tǒng)單獨采用一套西門子S7 PLC，通過PROFIBUS現(xiàn)場總線控制盛絲桶往復機縱向、橫向傳動伺服變頻器以及現(xiàn)場I/O，盛絲桶往復機主機橫動小車及縱動小車傳動采用了西門子CUMC伺服控制系統(tǒng)，對橫動小車及縱動小車進行定位控制。精確控制盛絲桶往復裝置的定位及往復運動。盛絲桶往復裝置的操作臺上設置一個Siemens OP操作面板，可進行定時控制。
　　
　　五、軟件設計
　　PLC的軟件設計主要有以下幾個部分：
　　1、S7-300PLC與變頻器之間的PROFIBUS通訊：
　　S7-300PLC與變頻器之間的PROFIBUS通訊可以設定變頻器的頻率，讀取變頻器的運行頻率，電流和電壓。軟件設計框圖見<圖二>,在進行硬件組態(tài)時就要確定PROFIBUS通訊的PPO通訊類型，根據(jù)PPO的類型和要通訊的變頻器的數(shù)量，生成一個相對應的DB塊，西門子變頻器的50Hz對應的頻率代表值為16384，根據(jù)我們要設定的頻率換算成相對應的頻率代表值、命令字、控制字等，送入通訊用的DB塊中，通過西門子提供的功能塊FC21、FC22、FC23進行編程，在OB100中調(diào)用功能塊FC23對PROFIBUS通訊進行初始化。調(diào)用
　　
　　功能塊FC21對變頻器進行頻率設定，調(diào)用功能塊FC22讀取變頻器的運行頻率代表值，電流和電壓。頻率代表值換算成相對應的頻率。通過上位機和HMI觸摸屏與PLC進行數(shù)據(jù)交換，就可以在上位機和HMI觸摸屏上修改變頻器的設定頻率，在上位機和HMI觸摸屏上顯示變頻器的運行頻率、電壓、電流等參數(shù)。
　　
　　2、S7-300PLC與RKC-D系列儀表進行通訊：
　　
　　S7-300PLC采用CP340與RKC-D系列儀表的RS485通訊，軟件設計框圖見<圖三>,根據(jù)RKC-D系列儀表提供的RS485通訊協(xié)議，在S7-300PLC編程時生成兩個DB塊，設定RKC-D系列儀表的設定值，讀取RKC-D系列儀表的測量值，通過調(diào)用S7-300PLC的FB2、FB3發(fā)送和接收組織塊，與RKC-D系列儀表的RS485通訊，設定值轉(zhuǎn)換成ASCII碼后，送至DB塊中，通過調(diào)用FB2發(fā)送組織塊，通過調(diào)用FB3接收組織塊, 把測量值送至DB塊中的ASCII碼轉(zhuǎn)換成十進制，即可完成設定值的發(fā)送和測量值接收。
　　
　　3、PLC與上位機、SIEMENS HMI操作屏進行通訊
　　
　　紡絲、卷繞部分的PLC通過總線與操作員站工控機PC通訊，上位機提供友好的人機操作界面。人機界面以簡潔、清晰的風格組態(tài)各個操作畫面，畫面上準確明了地以圖形方式表示出當前生產(chǎn)線設備工況，如停止、運行、速度和故障等信息并以不同顏色、圖形和文字表示。通過界面上的操作，可對計量泵、牽引輥、導絲輥、喂入機及盛絲桶往復機的速度進行設定和修改；可對卷繞油濟泵的速度進行設定和修改；牽引、喂入機系統(tǒng)設置中速和工藝速二檔速度。實現(xiàn)系統(tǒng)的工藝參數(shù)設置、運行控制、工況顯示、報警顯示、運行和報警數(shù)據(jù)記錄和查詢、打印等功能。
　　
　　 六、結(jié)束語
　　
　　通過PROFIBUS或Ethernet網(wǎng)使PLC與上位工業(yè)PC機、HMI操作屏進行通訊，通個PLC的PROFIBUS網(wǎng)對變頻器和現(xiàn)場I/O及現(xiàn)場設備進行通訊，通過網(wǎng)絡傳送過程數(shù)據(jù)，這種基于現(xiàn)場總線的分布式控制系統(tǒng)(FCS) 減少了現(xiàn)場布線工作量和維護工作量、規(guī)范了軟件程序的編制、同時系統(tǒng)具有易于擴展并對整個生產(chǎn)線的工藝參數(shù)進行集中管理的優(yōu)點。總之，F(xiàn)CS在滌綸紡絲生產(chǎn)線中的應用降低了系統(tǒng)設計、制造、安裝、維護的成本，并提高了系統(tǒng)的控制精度和系統(tǒng)的可靠性。該系統(tǒng)已成功應用在我公司的日產(chǎn)150噸大容量滌綸短纖紡絲生產(chǎn)線上。