【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 求，才能在動(dòng)、靜態(tài)的調(diào)整中使紙機(jī)得到快速的響應(yīng)，確保紙機(jī)正常高效的生產(chǎn)[16]。通常，把按照正常生產(chǎn)運(yùn)行條件下調(diào)整好的各分部車(chē)速對(duì)紙機(jī)干部的卷紙機(jī)或烘干部的車(chē)速的比值即是所謂的速比[43]。假設(shè)烘干部的車(chē)速為100％，且烘干部各組的車(chē)速相同，列出了表23中幾種紙機(jī)各分部速比的數(shù)據(jù)[41]。表23紙機(jī)各分部的速比分部名稱紙機(jī)的速比（單位：%）付輥第一壓榨部第二壓榨部第三壓榨部烘干部壓光部卷紙機(jī)一般工業(yè)用紙（如羊皮紙）899194959798100書(shū)寫(xiě)紙和印刷紙等9697100(2)為了適應(yīng)紙機(jī)生產(chǎn)不同品種、不同定量的紙張，要求紙機(jī)有較寬的調(diào)速范圍，一般情況下設(shè)定調(diào)速的范圍為：專用造紙機(jī)(如新聞紙)的調(diào)速范圍是l：()、生產(chǎn)印刷紙和書(shū)寫(xiě)紙的紙機(jī)的調(diào)速范圍是l：生產(chǎn)工業(yè)用紙及高級(jí)紙的紙機(jī)的調(diào)速范圍是1:(810)，則就可以較好的滿足紙機(jī)生產(chǎn)不同品種、不同定量的紙張的要求。(3)紙機(jī)傳動(dòng)的各個(gè)分部之間要能夠形成一個(gè)良好的動(dòng)態(tài)性能的速度鏈結(jié)構(gòu)，各分部應(yīng)具備停止、爬行、運(yùn)行、微升、微降、點(diǎn)動(dòng)、正向點(diǎn)動(dòng)(烘缸)、反向點(diǎn)動(dòng)(烘缸)、點(diǎn)張、投張／失張、張力給定等功能，且相關(guān)聯(lián)的各傳動(dòng)分部之間應(yīng)具有單動(dòng)、聯(lián)動(dòng)的功能。在紙機(jī)正常生產(chǎn)一段時(shí)間后，需要對(duì)其進(jìn)行整機(jī)檢查及清洗毛氈的情況，所以需要對(duì)其各分部的爬行速度設(shè)置為可調(diào)的范圍為1525m/min[10]。(4)現(xiàn)代紙機(jī)的運(yùn)行負(fù)載基本上是一個(gè)恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，要求其負(fù)荷均衡，所以須要選用具有恒定轉(zhuǎn)矩特性的變頻器且具備較高的頻率分辨率和良好的通訊性能。(5)據(jù)日本工業(yè)界權(quán)威人士認(rèn)為，產(chǎn)品的可靠性是未來(lái)世界市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的焦點(diǎn)，如果可靠性能夠提高1％，那么即使成本提高10％也是劃算的。假設(shè)一臺(tái)4400/600高強(qiáng)瓦楞紙機(jī)日生產(chǎn)能力為220t/D，如停機(jī)一小時(shí)則就會(huì)造成損失3．5萬(wàn)元人民幣，所以為了不斷提高紙機(jī)的安全可靠性，避免其因各種故障停機(jī)而造成的損失，現(xiàn)代紙機(jī)需要具備對(duì)速度、電流、負(fù)荷、速差、狀態(tài)、微調(diào)、負(fù)荷分配關(guān)系、故障提示等現(xiàn)場(chǎng)的各種信號(hào)的監(jiān)視功能。 本章小結(jié) 本章首先從紙機(jī)的干、濕兩大部分重點(diǎn)介紹并分析了其生產(chǎn)的工藝流程，給出了紙機(jī)的生產(chǎn)能力、功率的計(jì)算公式與方法，并結(jié)合實(shí)際中的具體項(xiàng)目得出了紙機(jī)的基本技術(shù)參數(shù)及其主傳動(dòng)部分參數(shù)，最后綜合紙機(jī)的工藝、技術(shù)條件、發(fā)展的趨勢(shì)方向等總結(jié)出紙機(jī)對(duì)電氣傳動(dòng)控制系統(tǒng)的要求，為后文的研究設(shè)計(jì)及應(yīng)用指明了方向。3 現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的分析及應(yīng)用研究 現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的概述PROFIBUS是由Siemens等公司組織研發(fā)的一款性能優(yōu)越且具備較大開(kāi)放性的現(xiàn)場(chǎng)總線，它符合歐洲和國(guó)際的通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，并于2001年成為我國(guó)的機(jī)械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(JB/)。現(xiàn)場(chǎng)總線的通信結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、傳輸高且穩(wěn)定，非常適合應(yīng)用于PLC與現(xiàn)場(chǎng)分散的I/O設(shè)備之間的通信[17]?，F(xiàn)代控制系統(tǒng)一般包括裝有監(jiān)控軟件的上位機(jī)、PLC系統(tǒng)、執(zhí)行軟件和通信網(wǎng)絡(luò)，對(duì)于本文所述的電氣傳動(dòng)控制系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)來(lái)說(shuō)，它包括上位機(jī)與PLC通信及PLC與自動(dòng)設(shè)備的通信。PROFIBUS通信主要用于將工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備層數(shù)據(jù)傳送到車(chē)間級(jí)和工廠管理級(jí)以實(shí)現(xiàn)工業(yè)自動(dòng)化的實(shí)時(shí)監(jiān)控和操作，～12MB/s間選擇。圖31 Profibus現(xiàn)場(chǎng)總線連接示意圖PROFIBUS通信主要由ProfibusDP(車(chē)間級(jí)通信)、ProfibusPA(現(xiàn)場(chǎng)級(jí)通信)和ProfibusFMS(工廠級(jí)通信)三個(gè)相互兼容的部分組成，如圖3一l所示，每一級(jí)可采用不同的通信方式[19]。，其數(shù)據(jù)通信率高且成本低， 主要應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層的控制系統(tǒng)和車(chē)間級(jí)及以上的I/O的數(shù)據(jù)通信傳輸；帶有本征安全規(guī)范特性的ProfibusPA，是為過(guò)程自動(dòng)化專門(mén)設(shè)計(jì)的，并且執(zhí)行機(jī)構(gòu)和傳感器位于同一根總線上；ProfibusFMS是一種具有令牌功能結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)，具有較強(qiáng)的實(shí)時(shí)性，其主要應(yīng)用在整個(gè)控制系統(tǒng)的車(chē)間級(jí)層[20]。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(gè)，也可以是多個(gè)。主站能夠控制總線，多主站時(shí)通過(guò)令牌的傳遞來(lái)決定哪個(gè)主站享有控制權(quán)，從站一般為傳感器、變送器、驅(qū)動(dòng)器等。 現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)的特點(diǎn)及優(yōu)點(diǎn)現(xiàn)場(chǎng)總線的系統(tǒng)在技術(shù)研發(fā)及應(yīng)用上擁有以下特點(diǎn)[17][21][22]:(1)開(kāi)放性:現(xiàn)場(chǎng)總線是開(kāi)放式的網(wǎng)絡(luò)，用戶可以購(gòu)置不同廠家的現(xiàn)場(chǎng)總線產(chǎn)品，把它們集成在一個(gè)控制系統(tǒng)中，并進(jìn)行相互的信息交換。(2)智能化:由于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備采用了現(xiàn)場(chǎng)總線的控制網(wǎng)絡(luò)，就可以把控制系統(tǒng)所需的各種信號(hào)以數(shù)字的方式傳送到控制室，并且在現(xiàn)場(chǎng)就可以完成相應(yīng)的功能操作，還可以提供更加豐富的生產(chǎn)過(guò)程信息，除傳輸測(cè)量控制的狀態(tài)與數(shù)值信息外，還可提供參數(shù)調(diào)整、故障診斷、閥門(mén)開(kāi)關(guān)的動(dòng)作次數(shù)等信息，提高了系統(tǒng)的智能化操作水平。(3)相互操作性:其中包括了機(jī)器設(shè)備的可互換性以及對(duì)其的可互操作性?？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(shí)現(xiàn)其功能，并且相互之間可以通信。(4)適應(yīng)環(huán)境性:該類總線能夠較好的去適應(yīng)各種工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的生產(chǎn)環(huán)境，其主要表現(xiàn)在通信傳輸可以采用多種媒介，并具有較強(qiáng)的抗電磁干擾的性能，還可以采用總線的方式進(jìn)行供電。(5)分散控制采用:該技術(shù)可以使整體控制系統(tǒng)分散為若干個(gè)子系統(tǒng)去單獨(dú)控制，其信號(hào)的輸入、輸出、控制功能模塊置入現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際控制。由于現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的以上特點(diǎn)，使現(xiàn)場(chǎng)總線相關(guān)的控制系統(tǒng)從設(shè)計(jì)到現(xiàn)場(chǎng)的安裝與投運(yùn)實(shí)際生產(chǎn)中進(jìn)行運(yùn)行及后期對(duì)相關(guān)設(shè)備的維護(hù)與改進(jìn)，都體現(xiàn)出了它的應(yīng)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(hù)的成本，能夠?qū)Χ鄰?fù)雜生產(chǎn)線的多變量進(jìn)行檢測(cè)以及將數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸，最大限度的減少了設(shè)備安裝的時(shí)間，為用戶對(duì)產(chǎn)品的選擇提供了更大的空間，在生產(chǎn)運(yùn)行時(shí)能夠最大的提高數(shù)據(jù)的傳輸能力、增強(qiáng)信息管理及安全性等。 PROFIBUS的通信模型PROFIBUS的通信模型其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、所執(zhí)行的協(xié)議具有易學(xué)易用易普及的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)又能滿足各種工業(yè)控制系統(tǒng)的要求，其性價(jià)比較高。針對(duì)PROFIBUS所設(shè)計(jì)的通信模型采用了0SI模型的第2和7層，并基于其通信的特性又在0SI模型相對(duì)應(yīng)的第三層開(kāi)設(shè)了現(xiàn)場(chǎng)總線專有的訪問(wèn)子層，這種簡(jiǎn)化后的通信模型在數(shù)據(jù)鏈路層中多數(shù)據(jù)通信的流量與差錯(cuò)進(jìn)行控制，這與OSI的模型有一定的差異，其對(duì)應(yīng)關(guān)系如圖3—2所示[18]:OSI參考模型現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議FF模型PROFIDPPROFIFMS應(yīng)用層7應(yīng)用層用戶層功能塊應(yīng)用與設(shè)備描述用戶接口應(yīng)用層接口表示層6應(yīng)用層信息規(guī)范低層接口會(huì)話層5傳輸層4報(bào)文子層通信棧除去37層除去36層網(wǎng)絡(luò)層3總線訪問(wèn)子層訪問(wèn)子層數(shù)據(jù)鏈路層2數(shù)據(jù)鏈路層鏈路層數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)鏈路層物理層1物理層物理層物理層物理層圖32 0SI模型與部分現(xiàn)場(chǎng)總線通信模型的對(duì)應(yīng)關(guān)系 現(xiàn)場(chǎng)總線的通信協(xié)議現(xiàn)場(chǎng)總線以數(shù)字通信為基礎(chǔ)，然而進(jìn)行數(shù)據(jù)的通信就必須要有協(xié)議，因此現(xiàn)場(chǎng)總線就是一個(gè)定義硬件接口和通信協(xié)議的標(biāo)準(zhǔn)。國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)的開(kāi)放系統(tǒng)互連(OSI)協(xié)議，是為計(jì)算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)而制定的7層參考模型，只要網(wǎng)絡(luò)中索要處理的要素是通過(guò)共同的路徑進(jìn)行通信，則該參考模型就適用于任何網(wǎng)絡(luò)[22]。目前，在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)總線及相關(guān)的產(chǎn)品時(shí)雖然沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)議，各生產(chǎn)單位還是以0SI標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議為依據(jù)，選用OSI標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議的第2和7層，并在此基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)了第8層，即用戶層。PROFIBUS是IEC61158類型為3的過(guò)程現(xiàn)場(chǎng)總線，它把數(shù)字自動(dòng)化設(shè)備從底層(傳感器/執(zhí)行器)與中間執(zhí)行級(jí)(單元級(jí))進(jìn)行分散，并可以對(duì)通信協(xié)議按照具體的工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)行優(yōu)化，所以該協(xié)議的實(shí)現(xiàn)不需要復(fù)雜的通信接口。參照ISO/OSI參考模型，PROFIBUS有3個(gè)版本，PROFIBUSDP側(cè)重于工廠自動(dòng)化，使用RS485傳輸技術(shù)，3種DP通信協(xié)議版本和一種或多種典型工廠自動(dòng)化的應(yīng)用行規(guī)。PROFIBUSPA側(cè)重于過(guò)程自動(dòng)化，使用總線供電的傳輸技術(shù)和通信協(xié)議，是PROFIBUSDP在現(xiàn)場(chǎng)級(jí)通信的擴(kuò)展，并采用PROFIBUSDP基本功能實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)過(guò)程數(shù)據(jù)的傳輸。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)。PROFIBUSFMS側(cè)重于車(chē)間級(jí)的通信，完成PLC與計(jì)算機(jī)PC之間的通信，因此，其實(shí)時(shí)性要求比PFOFIBUSDP和PA要低，但信息的管理功能較強(qiáng)[17]。PROFIBUS只包含了OSI模型中的第l、2和7層，其協(xié)議層或子層結(jié)構(gòu)如圖33所示:層次 OSI參考模型PROFIBUS層次模型8ALI(至應(yīng)用過(guò)程)7應(yīng)用層FMSFMA76表示層LLI5會(huì)話層無(wú)4傳輸層3網(wǎng)絡(luò)層FLCFMA1/22數(shù)據(jù)鏈路層MAC1物理層PHY圖33 OSI模型與PROFIBUS體系結(jié)構(gòu)比較第1層(PHY)為物理層，規(guī)定了通信的媒介及其物理連接的方式和機(jī)械電氣特性。PROFIBUS通過(guò)采用差分電壓輸出的RS485實(shí)現(xiàn)電流連接，PROFIBUSDP與FMS的物理層采用RS485傳輸技術(shù)，傳輸距離與傳輸速率有關(guān)，．12Mbps，傳輸距離為1001200m。ProfibusPA采用IEC611582的傳輸技術(shù)，傳輸速率為31．25Kbps，傳輸距離與所掛接的站數(shù)有關(guān)，也可采用光纖傳輸技術(shù)。第2層可分為媒體存取控制子層(MAC)和現(xiàn)場(chǎng)總線鏈路控制子層(FLC)以及現(xiàn)場(chǎng)總線管理子層(FMA)。MAC對(duì)連接到傳輸媒體的總線存取方法進(jìn)行了說(shuō)明，由于PROFIBUS采用了一種混合的訪問(wèn)控制方法使所有的設(shè)備不能在同一時(shí)刻傳輸，所以，在PROFIBUS主設(shè)備(Master Station)之間采用令牌控制方法，從設(shè)備(Slave Station)之間的信息傳遞采用主設(shè)備循環(huán)查詢從設(shè)備的方法實(shí)現(xiàn)，如圖34所示。FLC對(duì)服務(wù)站點(diǎn)(SAP)的管理和低層接口提供相關(guān)的緩沖器，并對(duì)有效的低層接口LLI第2層服務(wù)進(jìn)行規(guī)定；FMAl/2負(fù)責(zé)完成設(shè)定第1層PHY和第2層MAC的特定總線參數(shù)：FLC和LLI之間的服務(wù)訪問(wèn)點(diǎn)只有通過(guò)第2層的FMAI／2子層才能進(jìn)行相應(yīng)的激活或撤銷，與應(yīng)用層所對(duì)應(yīng)的更高子層(FMA7)則接受第l、2層可能出現(xiàn)的錯(cuò)誤事件。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(chǎng)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(wù)一一對(duì)應(yīng)到OSI模型第2層(FLC)的服務(wù)，具有監(jiān)控連接和傳輸數(shù)據(jù)的作用。在低層接口中可以依據(jù)需要選擇主/主或主/從連接等不同的類型，并且可以針對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行循環(huán)或非循環(huán)的交換。PROFIBUS通信所規(guī)范的子層即可應(yīng)用于通信的管理，也可以用于用戶的用戶數(shù)據(jù)分組，通過(guò)該層用戶才能對(duì)應(yīng)用過(guò)程的通信對(duì)象進(jìn)行訪問(wèn)。為了將過(guò)程對(duì)象轉(zhuǎn)換為通信對(duì)象，在第7層的上層開(kāi)發(fā)了應(yīng)用層接口ALI。 PROFIBUSDP的協(xié)議PROFIBUSDP主要應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)級(jí)的一種通信系統(tǒng)，其價(jià)位便宜且對(duì)數(shù)據(jù)的傳輸率可高達(dá)12Mbit/s，并可替代現(xiàn)場(chǎng)的24V或4．20mA的并行信號(hào)傳輸技術(shù)，它被設(shè)計(jì)成為自控制系統(tǒng)(如PLC等)和分散的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備(I/O、驅(qū)動(dòng)器、閥門(mén)等)之間進(jìn)行通信使用。PROFIBUSDP的協(xié)議結(jié)構(gòu)根據(jù)IEEE802標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)制定局域網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)，并根據(jù)工業(yè)上的實(shí)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(yīng)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(biāo)準(zhǔn)，對(duì)其所要傳輸?shù)拿浇?、通信雙方的物理連接及其設(shè)備的電氣特性做了相應(yīng)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(duì)用戶層可以進(jìn)行數(shù)據(jù)的延時(shí)緩存以及對(duì)所提供的服務(wù)存取點(diǎn)實(shí)施管理，第l層和第2層所共同開(kāi)設(shè)的PROFIBUS管理(FMAl/2)可以對(duì)第2層設(shè)定總線的參數(shù)，并且可以把這兩層出現(xiàn)錯(cuò)誤的信息數(shù)據(jù)進(jìn)行上傳。用戶層DP設(shè)備行規(guī)DP基本功能和擴(kuò)展功能DP用戶接口（直接數(shù)據(jù)鏈路映射程序DDLM）第37層空第2層（數(shù)據(jù)鏈路層）現(xiàn)場(chǎng)總線數(shù)據(jù)鏈路層（FDL）FMA2/1第一層（物理層）物理層（PHY）圖35 PROFIBUSDP的協(xié)議結(jié)構(gòu) PROFIBUS傳輸技術(shù)介紹 PROFIBUS電纜的傳輸PROFIBUS最大允許的總線長(zhǎng)度(段長(zhǎng)度)與所選用的傳輸速率有關(guān)，如表31所示，傳輸速率可選用9．6kbit/s～12 Mbit/s，只要一有設(shè)備投入了正常生產(chǎn)的運(yùn)行，其它PROFIBUS上所有的設(shè)備都應(yīng)選用統(tǒng)一的傳輸速率。表31最大段長(zhǎng)度與波特率的關(guān)系波特率（kbit/s）500150012000段長(zhǎng)度/m（A型電纜）1200120012001000400200100段長(zhǎng)度/m（B型電纜）120012001200600200 光纖的傳輸一般情況下，在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)比較惡劣而又對(duì)電磁干擾要求相對(duì)較高且通信數(shù)據(jù)傳輸率也比較高的場(chǎng)合往往使用光纖進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸，PROFIBUS系統(tǒng)在使用光纖進(jìn)行時(shí)數(shù)據(jù)傳輸?shù)目梢砸罁?jù)實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)情況設(shè)計(jì)成星形或環(huán)形的網(wǎng)絡(luò)通信結(jié)構(gòu)。目前的市場(chǎng)上已經(jīng)有專門(mén)針對(duì)光纖進(jìn)行數(shù)據(jù)通信連接的耦合器，光纖通過(guò)該耦合器可以實(shí)現(xiàn)與