大容量短纤维前纺装备解决方案(2)

3.1纺丝机控制系统

纺丝机有4 个纺丝箱体，每个箱体上有8 个纺丝位，整线共32 个纺丝位。每个纺丝位上有计量泵、油剂泵启、停信号，中心吹风进入、退出信号等。整条线共有三百多点输入、两百多点输出。另外，在每个箱体上根据用户不同的需求，还会加装箱体温度、箱体压力、熔体温度、熔体压力、联苯温度以及联苯冷凝温度等传感器。

纺丝机全长大约30米左右，其与控制室的最远距离在50米以上，现场大量的信号线与动力电缆如何布置走线、模拟量信号如何抗干扰等问题都非常棘手。可以说大容量短纤前纺设备的纺丝机控制系统最大的难点就在于对现场众多的I/O、AI如何妥善处理。如果采用传统PLC的控制方式（现场I/O、AI点直接连至PLC）,必将会产生现场布线众多、模拟量信号易受干扰等问题；同时，大量现场电缆采购与铺设工作也是劳命伤财的。当然，32个纺丝位的控制程序的编制也很繁琐。

如何才能解决这些问题呢？Siemens公司的s7-300控制系统的总线通讯控制方式就能很好的解决这些问题。

SIMATIC S7-300是一种通用型中高档PLC，能适合自动化工程中较复杂的应用场合，尤其适合配套于大型生产流水线工程。S7-300有各种不同性能档次的CPU可供选择使用，从其基本功能、集成功能和集成I/O模块,到广泛的通讯选项，总能有一种CPU能满足用户的需求。其模块化、无排风扇结构、方便实现分布式的配置以及用户易于掌握等特点，使得S7-300成为解决本方案的一种既经济又切合实际的硬件选择。

S7-300的Profibus现场总线实现了数字和模拟量输入/输出模块、智能信号装置和过程调节装置与可编程控制器（PLC）及PC之间的数据高速传输，把I/O通道分散到实际需要的现场设备附近，从而使整个系统的工程费用、装配费用、硬件成本、设备调试和维修成本减至最低。所选的PROFIBUS现场总线已成为国际公认的标准（其是国际标准IEC61158的组成部分Type III和机械行业标准JB/T10308.3-2001)。

在纺丝机的控制系统中选用了S7 315-2DP的PLC（工作存储器256K、装载存储器最大8M、位指令最小0.05μS、浮点数运算最小0.45μS）作为PROFIBUS的通讯主站，并在每个纺丝箱的就近处安装了现场控制箱，其中安装了ET200M的现场通讯模块作为PROFIBUS通讯的从站(4个纺丝箱体各有1个现场控制箱)。

有了这些现场从站，我们便可将现场的计量泵启、停信号就近接入各自的现场控制箱，从而大大减少现场的电缆长度及装配时间。此外，对于现场的温度信号（J型热电偶、Pt100铂电阻）、压力信号（4～20mA），我们选用了SM331 7KF02的多用途8点模拟量输入模块（可测电压、电流、热电偶、铂电阻等），方便的解决了原来众口难调的问题。

此外，纺丝机部分还包含了一个联苯加热的小系统。该系统由2台联苯锅炉组成，功率为150kW。由于联苯加热装置控制相对简单，我们选用了S7-200的控制系统。S7-200 PLC是一款小型PLC，它有着极高的可靠性、丰富的指令集、便捷的操作、易于掌握等特点。因此S7-200 PLC具有极高的性价比，在小型控制系统中有着广泛的应用。由于整个系统的数据需要在上位机上采集显示，故又加装了EM277 PROFIBUS DP从站模块。EM277模块可设定从站地址，传输速率最高能达到12Mbaud，是一款比较经济的DP从站通讯模块。我们用EM277模块将S7-200 PLC作为纺丝机S7-300 PLC的从站，并将联苯加热装置的数据上传至纺丝机控制系统中，供上位机调用。

整个纺丝机部分的所有变频器（32个计量泵变频器、1个油剂泵变频器），我们也都采用了PROFIBUS的通讯方式。这样使得整个纺丝机系统的驱动运行情况均可在人机界面与上位机上显示，能使用户随时掌握了解系统的运行情况。

整个纺丝机的控制系统硬件配置如图6 所示。

图6 纺丝机控制系统硬件配置

纺丝机32个纺丝位的程序编制，很不轻松。好在S7-300的plc编程软件提供了功能块（FC）功能,使得此类程序的编写不再繁琐。

以32位计量泵的控制程序为例，只需先在FC块中对所需要用到的形参进行变量声明，如图7所示。

图7 FC块中的形参说明

随后在FC块中用形参编写相应的逻辑控制程序，如图8所示。

图8 FC块中用形参编写的控制程序

最后在主程序中反复调用相应的FC块，并填上相应的实参，便大功告成了。如图9所示。使用S7-300系统的这一功能不仅减少了程序的容量、还减轻了编程工作量。

图9 主程序中反复调用FC块