1 引言 并條是紡織過程中的重要工序。并條機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)主要是單機(jī)控制。舊機(jī)型多采用儀表加繼電器的控制結(jié)構(gòu),系統(tǒng)的穩(wěn)定性較差,人為主觀因素大,成品率低,產(chǎn)品質(zhì)量差,系統(tǒng)運(yùn)行和維護(hù)的成本高。即使現(xiàn)在一些先進(jìn)的并條機(jī)采用了性能高的PLC控制，但仍然難以實(shí)現(xiàn)設(shè)備與外界之間的信息交換。這就使單機(jī)自動(dòng)化系統(tǒng)成為典型的“信息孤島”，為了提高并條工藝的效益我們就必須利用先進(jìn)的自動(dòng)化技術(shù)和信息化技術(shù)進(jìn)行車間的設(shè)備改造管理信息化改造。為此,我們采用Profibus-DP現(xiàn)場(chǎng)總線構(gòu)造并條機(jī)控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò),使系統(tǒng)具有開放性高、布線安裝方便、運(yùn)行和維護(hù)成本低的優(yōu)點(diǎn),同時(shí)提高了系統(tǒng)的智能化和自動(dòng)化程度,使整個(gè)系統(tǒng)的控制水平得到了大大的提高。 2 系統(tǒng)要求 某紡織集團(tuán)有限公司要求在對(duì)其并條車間的34臺(tái)并條機(jī)技術(shù)改造，不僅增加了各機(jī)臺(tái)的自調(diào)勻整功能，而且實(shí)現(xiàn)車間的生產(chǎn)調(diào)度全集中監(jiān)控。中央控制室的主計(jì)算機(jī)上運(yùn)行的監(jiān)控軟件可以顯示整個(gè)車間的生產(chǎn)工藝圖，動(dòng)態(tài)顯示所有設(shè)備，儀表的狀態(tài)及參數(shù)等生產(chǎn)流程的監(jiān)控。對(duì)重要參數(shù)的進(jìn)行趨勢(shì)圖跟蹤，系統(tǒng)報(bào)警等。通過該系統(tǒng)也可以進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備的控制及對(duì)有關(guān)的參數(shù)進(jìn)行修改，從而實(shí)現(xiàn)企業(yè)生產(chǎn)過程地集中調(diào)度。 3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 根據(jù)上述要求在選擇控制網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)時(shí)，著重研究了目前流行的DCS和FCS的優(yōu)、缺點(diǎn)，從實(shí)現(xiàn)的可能性、性能價(jià)格比、維護(hù)的方便程度、系統(tǒng)擴(kuò)容性等眾多方面考查，最后選定FCS，以Profibus為基礎(chǔ)，用SIEMENS的S7-200系列PLC和WINCC組態(tài)軟件組成分布式監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)。 3.1 Profibus-DP現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù) Profibus是由SIEMENS公司推出的一種開放式現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)，1989年成為德國(guó)標(biāo)準(zhǔn)DIN19245，1996年成為歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN50170，1999年12月被接受為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)IEC61158的一部分[1]。用于工廠自動(dòng)化系統(tǒng)三級(jí)網(wǎng)絡(luò)中的底層，即車間級(jí)監(jiān)控和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層數(shù)據(jù)通信與控制;使用于分散的、具有通訊接口的現(xiàn)場(chǎng)受控設(shè)備對(duì)底層設(shè)備有較高的數(shù)據(jù)集成和遠(yuǎn)程診斷、故障報(bào)警及數(shù)字化要求的系統(tǒng)。 Profibus遵循ISO/OSI模型，其通信模型由三層構(gòu)成:物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和應(yīng)用層。PROFIBUS提供了3種協(xié)議類型:PROFIBUS-FMS、PROFIBUS-DP、PROFIBUS-PA。另外，對(duì)于西門子PLC系統(tǒng)，PROFIBUS提供了兩種優(yōu)化了的通信方式:S7通信和S5兼容通信[2]。其中PROFIBUS-DP是一種高速、經(jīng)濟(jì)的設(shè)備級(jí)網(wǎng)絡(luò)，主要用于現(xiàn)場(chǎng)控制器與分散I/O之間的通信，使用物理層，數(shù)據(jù)鏈接層和用戶接口，用于現(xiàn)場(chǎng)層的高速數(shù)據(jù)傳送。主站周期地讀取從站地輸入信息并周期地向從站發(fā)送輸出信息�？偩€循環(huán)時(shí)間必須要比主站程序循環(huán)時(shí)間短。此外，PROFIBUS-DP還提供智能化現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備所需的非周期性通信以進(jìn)行組態(tài)、診斷和報(bào)警處理及復(fù)雜設(shè)備在運(yùn)行中參數(shù)的確定。 3.2 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 筆者設(shè)計(jì)的系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖1所示。網(wǎng)絡(luò)采用Profibus-DP網(wǎng)絡(luò)單主站系統(tǒng),以配置了CP5613卡的工控機(jī)作為上位機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的監(jiān)控管理;以CP5613卡作為主站，決定總線的傳輸速率并分配每個(gè)從站網(wǎng)絡(luò)地址;以34個(gè)分布在各個(gè)工作現(xiàn)場(chǎng)S7-200PLC （CPU224）作為從站,負(fù)責(zé)現(xiàn)場(chǎng)的信息采集并向主站發(fā)送有關(guān)信號(hào),以及具體執(zhí)行控制命令。S7-200PLC利用EM277 PROFIBUS－DP模塊的DP端口同CP5613卡通過屏蔽雙絞線相連,構(gòu)成整個(gè)PROFIBUS－DP現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)。另外一個(gè)S7-200 PLC作為控制網(wǎng)絡(luò)中的一個(gè)節(jié)點(diǎn)（即DP從站）控制一臺(tái)并條機(jī),它的運(yùn)行狀態(tài)并不影響網(wǎng)絡(luò)及其它節(jié)點(diǎn)的運(yùn)行。而且也用它自帶的RS-485接口與TP170相連，以完成對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的控制。TP170與S7-200 PLC采用PPI通信方式，不參與PROFIBUS－DP總線網(wǎng)絡(luò)。 3.3 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控設(shè)計(jì) 本控制系統(tǒng)的S7 200PLC編程采用西門子公司的STEP7 MicroWIN4.0軟件包，上位機(jī)作為控制系統(tǒng)的人機(jī)交互接口，安裝有西門子公司的SIMATIC WINCC 6.0組態(tài)軟件，作為中央監(jiān)控計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)本系統(tǒng)的狀態(tài)監(jiān)控、參數(shù)設(shè)定和報(bào)警顯示、記錄等，并能提供完整的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和各種分析圖表。STEP7 MicroWIN4.0軟件運(yùn)行于WINDOWS環(huán)境下，界面友好，編程方便，在線調(diào)試直觀。組態(tài)軟件WINCC通過CP5613卡和EM277通信模塊實(shí)現(xiàn)到S7-200PLC的 Profibus-DP連接。 （１） 組態(tài)軟件性能 WINCC軟件分項(xiàng)目、畫面、窗口和目標(biāo)四級(jí)管理;項(xiàng)目數(shù)無限制，每個(gè)項(xiàng)目最多可有1000個(gè)畫面;每個(gè)畫面最多可包括:100個(gè)窗口，256個(gè)動(dòng)態(tài)目標(biāo)，256個(gè)可控目標(biāo)，16個(gè)歷史操作圖，16個(gè)當(dāng)前趨勢(shì)圖，16個(gè)報(bào)警窗口;支持標(biāo)記、處方、面板、符號(hào)等監(jiān)控特性;支持9種報(bào)警類型;自定義軟件掃描周期，本系統(tǒng)設(shè)置最短為50ms。 （２） WINCC與S7-200之間的Profibus-DP連接 筆者設(shè)計(jì)得Profibus-DP通信是一主多從的通信方式，WINCC是上位機(jī)監(jiān)控軟件，使用WINCC的上位機(jī)只能作為主站，所以上位機(jī)只能是一臺(tái)。一般情況通過西門子公司提供的網(wǎng)絡(luò)集成CP5613卡，在PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)方式下最多只能直接連接8個(gè)S7-200PLC，因?yàn)檫@時(shí)監(jiān)控軟件WINCC只能通過OPC通道與OPC Sever交換數(shù)據(jù)，而一個(gè)OPC Sever只能帶8個(gè)S7-200PLC。但監(jiān)控系統(tǒng)共有34套PLC，對(duì)于這個(gè)問題筆者的解決辦法是:通過標(biāo)準(zhǔn)的DP協(xié)議進(jìn)行組建網(wǎng)絡(luò)，這時(shí)要在原來的配置基礎(chǔ)上再增加DP-5613 V6.2軟件，另外在PC站組態(tài)時(shí)選擇“Application”而不是“OPC Sever”。這樣通過下面的介紹的方法就可實(shí)現(xiàn)WINCC與S7-200PLC之間的連接。 （３） 把EM277的GSD文件（siem089.gsd）安裝到STEP 7-Micro/WIN中 在STEP 7中，點(diǎn)擊選項(xiàng)“Options”——“Install New GSD”安裝GSD文件。EM277安裝后，可以在硬件目錄“Profibus DP”——“Addition Field Devices”——“SIMATIC”可找到EM277。 （４） 配置網(wǎng)卡 在項(xiàng)目中插入一個(gè)PC STATION，在第一行插入APPLICATUION，在第四行插入CP5613（此處以CP5613作為DP主站），并建立Profibus網(wǎng)絡(luò)，在網(wǎng)上添加EM277作為DP從站。過程如圖2所示，配置通信接口區(qū)為8字的輸入?yún)^(qū)，8字的輸出區(qū)，如圖3所示。雙擊圖2中EM277，配置EM277的地址偏移量為5000。 （５） 編譯存盤后，配置PC STATION 點(diǎn)擊“Start Station Configuration”進(jìn)入組態(tài)畫面。點(diǎn)擊“Add”，添加“Application”。這里要說明的是如果添加的是“OPC Sever”監(jiān)控軟件就通過OPC通道與OPC Sever交換數(shù)據(jù)，而一個(gè)OPC Sever只能帶8個(gè)S7-200PLC。因此這一步非常重要。另外設(shè)置網(wǎng)卡模式與硬件組態(tài)一樣，也是在第四行添加網(wǎng)卡CP5613。 （６） PC站的下載 在控制面板中打開“Set PG/PC Interface”設(shè)置S7 ONLINE指向“PC Internal”，訪問CP_L2_1指向“CP5613（Profibus）”。然后通過點(diǎn)擊PC STATION的“STATION NAME”改變PC STATION的站名與在STEP7中組態(tài)的PC站名稱相同。將組態(tài)下載到PC STATION中，并確認(rèn)狀態(tài)。 （７） 在STEP 7-Micro/WIN中設(shè)置DP從站的地址偏移量，如圖4所示。 其中:VW 5000 -> QW0（Receiver buffer）；IW0 ->V5008 （Sender buffer）。 （８） WINCC側(cè)的組態(tài)。打開WINCC在“tag manage ment”中添加Profibus-DP協(xié)議，如圖5所示: [/align] （9） 在DP協(xié)議下，添加新的連接，設(shè)置連接DP從站地址。 （10） 配置系統(tǒng)參數(shù)。選擇CP5412（A2）board 1，在右鍵菜單中選擇“system parameters”設(shè)置系統(tǒng)參數(shù)，如圖6所示: （11） 添加變量Tag，連接輸入地址，如圖7所示: 這樣，就完成了WINCC與S7-224PLC之間的連接Profibus-DP連接。 3.4 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控實(shí)現(xiàn) 基于Profibus DP組成網(wǎng)絡(luò)，通過WINCC進(jìn)行系統(tǒng)組態(tài)實(shí)現(xiàn)車間并條機(jī)的網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)，可以對(duì)生產(chǎn)過程中的棉條的喂入速度、輸出速度、自調(diào)勻整率和棉條的條干歷史趨勢(shì)圖進(jìn)行顯示。并對(duì)主電機(jī)、伺服電機(jī)、換筒電機(jī)、風(fēng)機(jī)，以及運(yùn)行各種故障進(jìn)行報(bào)警。由于監(jiān)視屏上的流程圖是根據(jù)生產(chǎn)流程而畫出的，可以使操作人員一目了然，給維護(hù)人員也帶來了方便。該監(jiān)控系統(tǒng)主要可實(shí)現(xiàn)以下功能: （1） 遠(yuǎn)程控制功能:通過在上位機(jī)上的簡(jiǎn)操作，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)每臺(tái)機(jī)的重要參數(shù)進(jìn)行修改。 （2） 實(shí)時(shí)監(jiān)控:實(shí)時(shí)顯示車間各臺(tái)并條機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，同時(shí)能實(shí)時(shí)顯示生產(chǎn)產(chǎn)量狀況。 （3） 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集與數(shù)據(jù)分析功能:上位機(jī)實(shí)時(shí)地進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集，并經(jīng)算法處理把結(jié)果顯示在監(jiān)控見面。尤其能實(shí)時(shí)顯示每臺(tái)并條機(jī)左右眼輸出棉條的條干分析趨勢(shì)圖。 （4） 報(bào)表生成功能:能自動(dòng)生成事件報(bào)表和產(chǎn)量報(bào)表，方便用戶查看數(shù)據(jù)。 （5） 打印功能:能對(duì)每臺(tái)并條機(jī)輸出棉條的條干曲線、事件報(bào)表和產(chǎn)量報(bào)表等用戶所關(guān)心的數(shù)據(jù)和信息進(jìn)行打印。 （6） 故障報(bào)警功能:能立即顯示并條機(jī)當(dāng)前產(chǎn)生的故障，同時(shí)在事件報(bào)表中能查詢歷史故障信息。 （7） 緊急應(yīng)急處理，如果有機(jī)臺(tái)發(fā)生嚴(yán)重危險(xiǎn)故障時(shí)，且來不及到車間去處理，可以在監(jiān)控畫面操作急停按鈕停止系統(tǒng)工作以保證重要設(shè)備及人身安全。 本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的部分監(jiān)控界面如圖8所示。 4 結(jié)束語 總之，本系統(tǒng)用Profibus-DP網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了分布式監(jiān)控系統(tǒng)，大大降低了現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)連接的工作量和費(fèi)用，提高了信號(hào)傳輸精度和靈活性，降低了系統(tǒng)成本，給安裝、調(diào)試和設(shè)備維護(hù)帶來了方便。隨著現(xiàn)代信息技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和自動(dòng)化控制技術(shù)的不斷發(fā)展，相信基于PROFIBUS-DP的現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)不僅會(huì)為本系統(tǒng)中生產(chǎn)效益的提高做出貢獻(xiàn)，更會(huì)為多工廠實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)調(diào)度全集中監(jiān)控和整個(gè)企業(yè)的全集成自動(dòng)化帶來更廣闊的前景。