【正文】 DP主站通過系統(tǒng)功能塊 SFCl5可以對數(shù)據(jù)進行發(fā)送，而從 站則通過功能塊 SFCl4將SFCl5發(fā)送的數(shù)據(jù)讀出，并把讀出的數(shù)據(jù)作為其輸入數(shù)據(jù)保存起來 (如圖 3一 13所示 )。 本系統(tǒng)的傳動裝置通過 ProfibusDP實現(xiàn) PLC與變頻器的數(shù)據(jù)通信，并通過 RS485串行通 信接口以 9． 6kbit/s12Mbit/s比特率進行數(shù)據(jù)的傳輸，其數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^程如圖 312所示，數(shù)據(jù)的報文頭用來對數(shù)據(jù)的功能碼、傳輸長度、奇偶校驗、發(fā)送應答等內(nèi)容進行相應的規(guī)定，至今參數(shù)接口和過程數(shù)據(jù)共有 5種結(jié)構(gòu)形式，即 pp0 pp0 pp0 pp0pp05，在對 PLC和變頻器通信方式進行配置時要根據(jù)具體情況對 ppo進行選擇。當系統(tǒng)正常工作運行時，為了不影響數(shù)據(jù)在總線上的通信，可以通過修改活動主站表中的信息在令牌環(huán)中配置新的主站或者去掉令牌環(huán)中發(fā)生故障的主站，其傳遞過程如圖 39所示。 (2)2類主站 在 PROFIBUSDP的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中具有可以對通信程序進行編程并適時的做出診斷和管理的設(shè)備稱為 2類主站 (DPM2)。因此，在每個物理網(wǎng)段兩個終端站點上的插頭需要將網(wǎng)線連接在進線口“ 111，同時將終端電阻設(shè)置為“ On”，而位于網(wǎng)段中間的站點需要依次將網(wǎng)線連接在迸線口“ In和出線口“ Out”，同時將終端電阻設(shè)置為“ Off” 如圖 38所示 [28]。 目前的市場上已經(jīng)有專門針對光纖進行數(shù)據(jù)通信連接的耦合器，光纖通過該耦合器可以實現(xiàn)與其他通信設(shè)備及接口之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。 ：從站：主站令牌環(huán)10974218653 圖 34 PROFIBUS總線存取協(xié)議 第 7層的組成部分有低層接口 (LLI)和 PROFIBUS通信所規(guī)范的子層及現(xiàn)場總線管理(FMA7)， LLI集成 OSI模型的第 36層的功能，它將 PROFIBUS通信所規(guī)范的子層服務一一對應到 OSI模型第 2層 (FLC)的服務，具有監(jiān)控連接和傳輸數(shù)據(jù)的作用。如果 PROFIBUSDP與 PROFIBUSPA采用數(shù)據(jù)傳輸速率不同，那么這兩者之間數(shù)據(jù)的通信就需要 使用 DP/PA耦合器或 DP/PA鏈路設(shè)備作為它 們二 者之間的網(wǎng)關(guān)。 由于現(xiàn)場總線技術(shù)的以上特點，使現(xiàn)場總線相關(guān)的控制系統(tǒng)從設(shè)計到現(xiàn)場的安裝與投運實際生產(chǎn)中進行運行及后期對相關(guān)設(shè)備的維護與改進，都體現(xiàn)出了它的應用的優(yōu)越性，其具體體現(xiàn)為節(jié)省硬件的投資以及安裝維護的成本，能夠?qū)Χ鄰碗s生產(chǎn)線的多變量進行檢測以及將數(shù)據(jù)進行傳輸，最大限度的減少了設(shè)備安裝的時間，為用戶對產(chǎn)品的選 16 擇提供了更大的空間，在生產(chǎn)運行時能夠最大的提高數(shù)據(jù)的傳輸能力、增強信息管理及安全性等。 PROFIBUS連接的系統(tǒng)由主站和從站組成，主站和從站可以是一個，也可以是多個。假設(shè)一臺 4400/600高強瓦楞紙機日生產(chǎn)能力為 220t/D，如停機 一小 時則就會造成損失 3． 5萬元人民幣，所以為了不斷提高紙機的安全可靠性，避免其因各種故障停機而造成的損失，現(xiàn)代紙機需要具備對速度、 電流、負荷、速差、狀態(tài)、微調(diào)、負荷分配關(guān)系、故障提示等現(xiàn)場的各種信號的監(jiān)視功能。 現(xiàn)根據(jù)紙機的工藝流程及其項目所對應的工作車速和幅寬，并結(jié)合紙廠的具體情況，紙機的傳動系統(tǒng)是一 個較為復雜的控制系統(tǒng)，其傳動點多，幾個傳動點帶動一個負荷運動等，在保證紙機正常運行的情況下如何提高紙機的動、靜穩(wěn)態(tài)精度、高速化與智能化的水準，得出如下紙機對控制系統(tǒng)的主要具體要求為： (1)紙機傳動控制系統(tǒng)最重要的一個技術(shù)指標就是維持車速的穩(wěn)定，紙機工藝的改變、機械傳動條件的變化、電源電壓的波動及網(wǎng)和毛氈的清潔度等都會帶來車速的不穩(wěn)定，最終造成紙張定量的波動及斷頭，給企業(yè)帶了不必要的損失，所以對其速度控制的靜態(tài)精度≤額定轉(zhuǎn)速的 ％、動態(tài)精度≤ ％，兩個相鄰分部之間的速比控制精度≤ ％ ，在有干擾時的短時間內(nèi)其速度偏差≤ ％，在加速和制動的過程中其定速期間的短時間內(nèi)的張力的控制精度≤ 2％，從定速轉(zhuǎn)換到加速或制動狀態(tài)時的張力的控制精度≤ 5％，只有滿足以上要求，才能在動、靜態(tài)的調(diào)整中使紙機得到快速的響應，確保紙機正常高效的生產(chǎn) [16]。單位指標法是一種估算紙機功率消耗的方法，它能夠?qū)垯C在實際生產(chǎn)運行中消耗的功率進行較準確的測定，然后再以 lm的紙機幅度寬和車速為 lm／ min時來計算所需用的功 率，計算公式如下 [41]： P Kbv? （ 23） 式中： K 一 單位功率耗用指標， kW／ [m基于人們對紙機運行車速日益提高的要求，涂布機也得到了較快的發(fā)展，對電氣傳動控制系統(tǒng)的要求也逐步增高，所以簡單的速度鏈結(jié)構(gòu)的控制和對負荷分配的控制均已無法很好地滿足涂布生產(chǎn)運行過程的需要，據(jù)此本文可采用基于現(xiàn)場總線的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)來解決這個問題 [11] [43]。 混漿 ： 混漿的作用是為了得到連續(xù)均一穩(wěn)定的材料，保持后續(xù)流送系統(tǒng)的穩(wěn)定。一般較通用的造紙典型工藝流程如圖 21所示，有時也可以簡化為在參考文獻上比較多見的圖 22所示的流程圖，現(xiàn)就其流程的主要工序做下介紹。 圖 11紙機傳動控制系統(tǒng)方框圖 4 隨著現(xiàn)代工業(yè)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通信技術(shù)的發(fā)展及造紙裝備 技術(shù)水平的不斷提高，紙機電氣傳動系統(tǒng)也進入了以網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)為核心的發(fā)展時期，各類紙張的生產(chǎn)車速越來越高且其幅寬也越來越寬，對紙機生產(chǎn)的操作也逐漸智能化，該趨勢將成為今后紙機發(fā)展的主要方向。隨著國家對造紙行業(yè)的不斷重視，現(xiàn)在，越來越多的研究人員和機構(gòu)，開始從事造紙機械自動化技術(shù)的研究。目前，縱觀國內(nèi)外造紙工業(yè)的發(fā)展，其趨勢向高速、高效、高質(zhì)量、低消耗、連續(xù)化、自動化的工業(yè)方向發(fā)展，因此要進一步實現(xiàn)我國造紙工業(yè)的現(xiàn)代化，使之具有世界先進水平，還需要作巨大的努力。隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展和人民生活水平的提高，人們對各類紙的消費需求越來越大，進而對紙機的自動化控制要求也越來越高。造紙工業(yè)在西方發(fā)達國家已成為重要的國民經(jīng)濟支柱 產(chǎn)業(yè)，在我國隨著科學技術(shù)生產(chǎn)力的不斷發(fā)展與進步，國民經(jīng)濟的發(fā)展和人民的生活水平也得到了很大地提高，進而造紙業(yè)的發(fā)展也顯得非常重要。目前我國造紙工業(yè)的技術(shù)與國外相比仍相對落后，大多數(shù)紙機的車速在 300m／ min，其部分紙機的控制系統(tǒng)也多為開環(huán)式的控制結(jié)構(gòu)，車速為 300m/min～ 550m／ min的中速紙機在正常生產(chǎn)運行時常出現(xiàn)速度波動、斷紙等不良現(xiàn)象，造成資源的浪費與經(jīng)濟的損失，而車速在 600m／ min以上的紙機則主要依賴進口，因此每年導致大量的資金流向國外。近幾年國外的一般紙機的技術(shù)指標可以達到幅寬為 10m、車速為 2315m/min，最近上線投產(chǎn)的衛(wèi)生紙機可達到 2650m/min的車速，浙江富陽造紙工業(yè)基地的大部分高強度瓦楞紙機的車速也達到了 1700m/min，且這些紙機的產(chǎn)能大多一般為 1500t/D以上 [5]。 5 2 紙機工藝概述及對控制系統(tǒng)的要求 紙機生產(chǎn)工藝的介紹 紙機是一個系統(tǒng)復雜的聯(lián)動機械機組，其主要設(shè)備可分為干部和濕部兩大部分，有時根據(jù)某些紙種生產(chǎn)工藝的要求還需要配置施膠壓榨、半干壓光、機內(nèi)涂布以及其他輔助系統(tǒng)單元 [13]。 漿料的凈化 :漿料凈化主要是去除漿料的重質(zhì)雜質(zhì)和輕質(zhì)雜質(zhì)。 后壓榨 卷紙機壓光機后干燥前干燥壓榨網(wǎng)部 圖 22紙機工藝的流程圖 2 壓榨部 :紙機的壓榨部的主要是對紙張進行固結(jié)成形以及脫水，提高紙張的疏密強度與表面的光滑度，可看作是從網(wǎng)部開始脫水過程的延伸，其主要流程是紙幅從成形部傳遞，并在毛毯上受壓脫水，使紙幅固結(jié)。據(jù)此，紙機的整個傳動控制系統(tǒng)要采用基于現(xiàn)場總線的控制網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，就可以進一步的達到紙機整體電氣傳動控制系統(tǒng)的要求，更好地確保了紙機生產(chǎn)運行時的穩(wěn)定性與動態(tài)性能 [43]。 紙機的技術(shù)參數(shù) 本章首先介紹接制動器試驗臺制動原理，分析了實車制動的受力狀態(tài)，以及試驗臺的組成，并對其采用技術(shù)進行了簡單的介紹，著重介紹了電流驅(qū)動技術(shù)，為后面章節(jié)建立電動機驅(qū)動力電流可觀測的數(shù)學模型的試驗、仿真以及控制方法改進奠定了基礎(chǔ)。在紙機正常生產(chǎn)一段時間后，需要對其進行整機檢查及清洗毛氈的情況，所以需要對其各分部的爬行速度設(shè)置為 可調(diào)的范圍為 1525m/min[10]。 PROFIBUS通信主要用于將工業(yè)現(xiàn)場的設(shè)備層數(shù)據(jù)傳送到車間級和工廠管理級以實現(xiàn)工業(yè)自動化 的實時監(jiān)控和操作，其傳輸速率可在 ～ 12MB/s間選擇?？苫Q性，具體是設(shè)備雖然由不同廠商制造，但設(shè)備的功能可以由其他生產(chǎn)廠商生產(chǎn)的且具備相同功能的同類設(shè)備相互換；可互操作性具體是即使設(shè)備由不同廠商提供，但在各自的廠商操作環(huán)境中可以順利實現(xiàn)其功能，并且相互之間可以通信。 PROFIBUS是 IEC61158類型為 3的過程現(xiàn)場總線，它把數(shù)字自動化設(shè)備從底層 (傳感器/執(zhí)行器 )與中間執(zhí)行級 (單元級 )進行分散，并可以對通信協(xié)議按照具體的工業(yè)應用 領(lǐng)域進行優(yōu)化，所以該協(xié)議的實現(xiàn)不需要復雜的通信接口。 第 2層可分為媒體存取控制子層 (MAC)和現(xiàn)場總線鏈路控制子層 (FLC)以及現(xiàn)場總線 18 管理子層 (FMA)。 PROFIBUSDP的協(xié)議結(jié)構(gòu)根據(jù) IEEE802標準委員會制定局域網(wǎng)的標準，并根據(jù)工業(yè)上 19 的實際需求省略了 OSI模型的第 3— 6層，建立了僅含有第 l層、第 2層和應用層的通訊參考模型 (如圖 35所示 )，該參考模型的第 l層依據(jù) RS485通訊數(shù)據(jù)的標準，對其所要傳輸?shù)拿浇椤⑼ㄐ烹p方的物理連接及其設(shè)備的電氣 特性做了相應的規(guī)定；該模型的第二層定義為 PROFIBUS的數(shù)據(jù)鏈路層 (FDL)，該層所包含的 PROFIBUS數(shù)據(jù)鏈路控制 (FLC)具有對用戶層可以進行數(shù)據(jù)的延時緩存以及對所提供的服務存取點實施管理，第 l層和第 2層所共同開設(shè)的 PROFIBUS管理 (FMAl/2)可以對第 2層設(shè)定總線的參數(shù)，并且可以把這兩層出現(xiàn)錯誤的信息數(shù)據(jù)進行上傳。 RS485串行通信傳輸?shù)幕咎匦匀绫?2所示 ： 21 接收發(fā)送 圖 36差分平衡電路 表 32 RS485傳輸技術(shù)的基本特性 名稱 特性 網(wǎng)絡(luò)拓撲 介質(zhì) 站點數(shù) 插頭連接器 線性總線，兩端需設(shè)置有緣的總線終端電阻。 (1)1類主站 23 1類主站 (簡稱 DPMI)是 PROFIBUSDP系統(tǒng)的中央控制單元， DPM1具有 對總線的數(shù)據(jù)進行通信的管理以及對其進行相應的控制，還可以循環(huán)地與分布式的站 (如從站 )在預先設(shè)定好的定的周期內(nèi)交換數(shù)據(jù)信息。就總線訪問的控制方式而言，在 DP系統(tǒng)中所允許的配置有純主．主系統(tǒng)、純主 從系統(tǒng)和 24 混合系統(tǒng)。 從站 地址 9從站地址5 從站 地址 4只能從站 地址 2主站（1類 ） 地址 12類主 站 地址 3主站（1類 ） 地址 6邏輯令牌環(huán) 圖 310 ProfibusDP系統(tǒng)實例 為了使主從站可以自檢，待上電后需要使其處于 Offline狀態(tài)，然后把相應的總線參數(shù)集和診斷響應信息分別加載到主站和從站上，當初始化主從站的參數(shù)后，主站就可以立即執(zhí)行監(jiān)聽總線的令牌并可以對從站設(shè)置相關(guān)的參數(shù)。 28 DP 從站數(shù)據(jù)的寫入 系統(tǒng)功能塊 SFCl5“ DPWR_DAT” 把 RECORD指定的連續(xù)數(shù)據(jù)傳送給 DP從站，在傳送數(shù)據(jù)時需要依據(jù) CPU型號來決定數(shù)據(jù)的長度，且還需要對數(shù)據(jù)進行同步傳輸?shù)?，?SFC執(zhí)行結(jié)束時，寫工作也就結(jié)束， SFCl5“ DPWR_DAT” 的參數(shù)見表 34 [25]。 PROFIBUSDP主從站的通信及組態(tài) PROFIBUSDP主從站通信的介紹 PROFIBUSDP在整個 PRO。 DP 從站數(shù)據(jù)的讀取 系統(tǒng)功能 SFCl4“ DPRD_DAT” 可以讀取多個 DP標準從站的連續(xù)數(shù)據(jù)，最大長度與 CPU的型號有關(guān)，其參數(shù)見表 33，如果傳輸?shù)臄?shù)據(jù)沒有出現(xiàn)錯誤，則把這些數(shù)據(jù)讀出后存放在參數(shù) RECORD指定的目的數(shù)據(jù)區(qū)，作為地址指針使用的參數(shù) LADDR指向從站中需要讀取的輸入映像區(qū)的起始地址，如果從站的結(jié)構(gòu)是模塊式類型的站則每次只能對一個模塊進行訪問 [25]。 PROFIBUSDP 系統(tǒng)的工作過程 本文以多主從站組成的 PROFIBUS． DP系統(tǒng)為例介紹其工作過程，如圖 310所示，該系統(tǒng)包括： 2個 1類主站、 1個 2類主站、和 4個從站， 2和 4號從站受控于 l號主站， 5和 9號從站受控于 6號主站，在獲取令牌后，主站才可以對相應的從站進行交換數(shù)據(jù)， 2類主站通過對用戶的設(shè)置來管理和監(jiān)控 l類主站或從站嘲。 PROFIBUSDP 系統(tǒng)的總線訪問控制 要使 PROFIBUS． DP系統(tǒng)具有總線訪問控制的功能則必須要滿足兩個條件：一是在預先設(shè)定好的時間范圍內(nèi)，要能夠使總線主站的節(jié)點獲得機會去處理其所進行的通信任務；二是要以盡可能少的 協(xié)議去快速的處理主從間的數(shù)據(jù) [23] [30]。 PROFIBUSDP 系統(tǒng)組成 PROFIBUS— DP系統(tǒng)的設(shè)備由主站 (包括 l類主站和 2類主站的主動站 )和從站 (被動站 )兩部分組成，主 /從站可選用的地址為 ，并以統(tǒng)一的方式進行數(shù)據(jù)的編制。 RS485的差分平衡電路如圖 36所示， A導線上的電壓與 B導線上的電壓方向相反大小相等，兩導線的差值為接收器的輸入