【正文】 依據(jù)表41所統(tǒng)計(jì)測(cè)控點(diǎn)的數(shù)量，又由于1個(gè)機(jī)架最多只能裝8個(gè)模塊，故本文共需要兩個(gè)機(jī)架。(4)數(shù)字量輸出模塊的選擇西門子系列的PLC所具有的數(shù)字量輸出模塊中，帶光電隔離的模塊SM322 DIDC3224V/，、額定負(fù)載電壓為24V，主要應(yīng)用于電磁閥、直流接觸器和指示燈。10VC電流≤177。表53 812位SM331模塊默認(rèn)設(shè)定量程模塊的設(shè)定可選擇的測(cè)量方式和范圍默認(rèn)設(shè)置A電壓≤177。I/O點(diǎn)數(shù)的估算方法如下，輸入點(diǎn)數(shù)M為：NI=EI(PII) (43)式中： EI系統(tǒng)所使用的某類輸入元器件的總數(shù)(如用5個(gè)按鈕，則EI為5)；PI某類輸入器件可能具有的幾種工作狀態(tài)(如按鈕一般具有按下與松開兩種狀態(tài))；輸入點(diǎn)數(shù)NI為：No=Eo(Po1) (44)式中：Eo系統(tǒng)所使用的某類輸出元器件的總數(shù)：Po某類輸出器件可能具有的幾種工作狀態(tài)(如電動(dòng)機(jī)有3種狀態(tài)即正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)和停止)。本文所述PLC系統(tǒng)相關(guān)模塊的電流、功率的計(jì)算為[36]：各模塊從S7300背板總線吸取的電流=151+901+606+604=705(mA)；各模塊從24V負(fù)載電源吸取的電流=1000+10+2001+2006+2404=3360(mA)；各模塊的功率損耗=8+l+1+6+43=(W)。I/O類型 AI AO DI DO 觸點(diǎn) 24V 觸點(diǎn) 24V 29 0 11 7數(shù)量 43 10表41測(cè)控點(diǎn)數(shù)量統(tǒng)計(jì)圖42 S7300 PLC模塊示意圖 CPU的選型CPU直接關(guān)系著PLC的整體性能，所以需要準(zhǔn)確的對(duì)其進(jìn)行選擇，而選擇的主要依據(jù)就是結(jié)合PLC的I/O點(diǎn)數(shù)估算存儲(chǔ)器的容量，目前對(duì)存儲(chǔ)器容量的計(jì)算大多采用經(jīng)驗(yàn)公式法，該方法是通過計(jì)算PLC單位時(shí)間內(nèi)處理單位信息量的存儲(chǔ)器數(shù)再乘以信息量數(shù)，在這個(gè)基礎(chǔ)上增加一定的裕量后所得的值就是存儲(chǔ)器所需要的容量[18]。(3)能夠適應(yīng)各種工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境，能夠與各種通訊及機(jī)械電氣設(shè)備相連接，并具有較強(qiáng)的抗干擾能力。其次對(duì)PROFIBUS—DP主從站的通信做了簡(jiǎn)要介紹，并分析總結(jié)了其結(jié)構(gòu)的組成及分類，接著根據(jù)本文項(xiàng)目中紙機(jī)所需要控制的傳動(dòng)點(diǎn)及I／O點(diǎn)數(shù)等數(shù)據(jù)以CPU3152DP為主站、CPU313C一2DP為從站在S7軟件中進(jìn)行了通信組態(tài)的連接，以及針對(duì)在組態(tài)好的DP系統(tǒng)中掛上遠(yuǎn)程工作站ET200M做了細(xì)態(tài)介紹。在圖中雙擊(或右擊選擇屬性)“DP欄，可打DP VI屬性對(duì)話框，如圖3一l4所示。軟件：STEP7 。ET200M沒有專用的DP通信口，需通過接口模塊與DP主站相連，常用的I/O接口模塊有IMl531與IMl532。如一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中只有一個(gè)主站(主動(dòng)令牌)而有幾個(gè)從站，這樣的網(wǎng)絡(luò)稱為純主一從系統(tǒng)，這種系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中較多。本文中把主站數(shù)據(jù)通過SFCl5發(fā)送并存放在從站中的如下地址：IBl00IB10(QBl00QBl09)[31]。 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(shí)需要依據(jù)CPU型號(hào)來決定數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度，且還需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行同步傳輸?shù)?，在SFC執(zhí)行結(jié)束時(shí)，寫工作也就結(jié)束，SFCl5“DPWR_DAT”的參數(shù)見表34 [25]。本系統(tǒng)的傳動(dòng)裝置通過ProfibusDP實(shí)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(jìn)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(bào)文頭用來對(duì)數(shù)據(jù)的功能碼、傳輸長(zhǎng)度、奇偶校驗(yàn)、發(fā)送應(yīng)答等內(nèi)容進(jìn)行相應(yīng)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pp0pp0pp0pp0pp05，在對(duì)PLC和變頻器通信方式進(jìn)行配置時(shí)要根據(jù)具體情況對(duì)ppo進(jìn)行選擇。上述系統(tǒng)的搭建可以通過西門子組態(tài)軟件Step7組態(tài)而成，這里通過l類主站和從站的通信來介紹其工作過程。當(dāng)系統(tǒng)正常工作運(yùn)行時(shí)，為了不影響數(shù)據(jù)在總線上的通信，可以通過修改活動(dòng)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。在PROFIBUSDP系統(tǒng)中，主站間通過誰先獲得令牌的控制方式去對(duì)總線進(jìn)行訪問，主從站間通過主從的控制方式使得主站擁有訪問總線的權(quán)限，而從站只能在被主站要求時(shí)才有權(quán)限對(duì)總線進(jìn)行訪問，在系統(tǒng)中主從站的節(jié)點(diǎn)在總線上僅有唯一的一個(gè)地址。(2)2類主站在PROFIBUSDP的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中具有可以對(duì)通信程序進(jìn)行編程并適時(shí)的做出診斷和管理的設(shè)備稱為2類主站(DPM2)。主站可以主動(dòng)的去獲取總線訪問的控制權(quán)限(令牌)，在獲得令牌后主站就可以占用總線，并能對(duì)報(bào)文進(jìn)行傳輸，而從站只能被動(dòng)的去應(yīng)答所要接受的報(bào)文以及在收到主站的請(qǐng)求后進(jìn)行傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。因此，在每個(gè)物理網(wǎng)段兩個(gè)終端站點(diǎn)上的插頭需要將網(wǎng)線連接在進(jìn)線口“111，同時(shí)將終端電阻設(shè)置為“On”，而位于網(wǎng)段中間的站點(diǎn)需要依次將網(wǎng)線連接在迸線口“In和出線口“Out”，同時(shí)將終端電阻設(shè)置為“Off”如圖38所示[28]。另外，RS485沒有規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)的連接器和各個(gè)具體信號(hào)的功能以及各引腳的具體分配，為了使兩根信號(hào)線相鄰，兩根差動(dòng)導(dǎo)線應(yīng)置于同一根雙絞線內(nèi)且引腳A與引腳B不能調(diào)換。目前的市場(chǎng)上已經(jīng)有專門針對(duì)光纖進(jìn)行數(shù)據(jù)通信連接的耦合器，光纖通過該耦合器可以實(shí)現(xiàn)與其他通信設(shè)備及接口之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。 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、閥門等)之間進(jìn)行通信使用。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。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)。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)。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)上開發(fā)了第8層，即用戶層。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。(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。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)。現(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)來說，它包括上位機(jī)與PLC通信及PLC與自動(dòng)設(shè)備的通信。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。(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。 現(xiàn)根據(jù)紙機(jī)的工藝流程及其項(xiàng)目所對(duì)應(yīng)的工作車速和幅寬，并結(jié)合紙廠的具體情況，紙機(jī)的傳動(dòng)系統(tǒng)是一個(gè)較為復(fù)雜的控制系統(tǒng)，其傳動(dòng)點(diǎn)多，幾個(gè)傳動(dòng)點(diǎn)帶動(dòng)一個(gè)負(fù)荷運(yùn)動(dòng)等，在保證紙機(jī)正常運(yùn)行的情況下如何提高紙機(jī)的動(dòng)、靜穩(wěn)態(tài)精度、高速化與智能化的水準(zhǔn)，得出如下紙機(jī)對(duì)控制系統(tǒng)的主要具體要求為： (1)紙機(jī)傳動(dòng)控制系統(tǒng)最重要的一個(gè)技術(shù)指標(biāo)就是維持車速的穩(wěn)定，紙機(jī)工藝的改變、機(jī)械傳動(dòng)條件的變化、電源電壓的波動(dòng)及網(wǎng)和毛氈的清潔度等都會(huì)帶來車速的不穩(wěn)定，最終造成紙張定量的波動(dòng)及斷頭，給企業(yè)帶了不必要的損失，所以對(duì)其速度控制的靜態(tài)精度≤％、動(dòng)態(tài)精度≤％，兩個(gè)相鄰分部之間的速比控制精度≤％，在有干擾時(shí)的短時(shí)間內(nèi)其速度偏差≤％，在加速和制動(dòng)的過程中其定速期間的短時(shí)間內(nèi)的張力的控制精度≤2％，從定速轉(zhuǎn)換到加速或制動(dòng)狀態(tài)時(shí)的張力的控制精度≤5％，只有滿足以上要求，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]。當(dāng)紙機(jī)空運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，其功率大致為生產(chǎn)紙張時(shí)的70％75％，出紙時(shí)，伏輥和壓光機(jī)的負(fù)荷有顯著的增加。單位指標(biāo)法是一種估算紙機(jī)功率消耗的方法，它能夠?qū)垯C(jī)在實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行中消耗的功率進(jìn)行較準(zhǔn)確的測(cè)定，然后再以lm的紙機(jī)幅度寬和車速為lm／min時(shí)來計(jì)算所需用的功率，計(jì)算公式如下[41]： （23）式中：一單位功率耗用指標(biāo)，kW／[m由此可知，在卷紙機(jī)正常生產(chǎn)運(yùn)行時(shí)要保持其與前后分部所設(shè)計(jì)的速度比值的關(guān)系，則要求卷紙機(jī)滾筒的速度實(shí)時(shí)的隨著所卷曲紙張的厚度的增大而不斷降低，僅僅依靠對(duì)整體速度鏈的控制不能保證紙幅卷曲的相對(duì)平穩(wěn)，所以需要在卷紙機(jī)及其紙機(jī)的其他分部去實(shí)施相應(yīng)的張力控制以確保紙頁的良好卷曲。基于人們對(duì)紙機(jī)運(yùn)行車速日益提高的要求，涂布機(jī)也得到了較快的發(fā)展，對(duì)電氣傳動(dòng)控制系統(tǒng)的要求也逐步增高，所以簡(jiǎn)單的速度鏈結(jié)構(gòu)的控制和對(duì)負(fù)荷分配的控制均已無法很好地滿足涂布生產(chǎn)運(yùn)行過程的需要，據(jù)此本文可采用基于現(xiàn)場(chǎng)總線的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)來解決這個(gè)問題[11] [43]。根據(jù)紙張不同，成形網(wǎng)可分為單網(wǎng)、雙網(wǎng)、三網(wǎng)，其中單網(wǎng)是常用的成形部，根據(jù)其形狀可分為長(zhǎng)網(wǎng)和圓網(wǎng)，不同類型的紙機(jī)其網(wǎng)部具有不同的傳動(dòng)控制，其中單網(wǎng)網(wǎng)部的傳動(dòng)控制依據(jù)其傳動(dòng)點(diǎn)只要有～組負(fù)荷分配即可，多網(wǎng)網(wǎng)部需要具備單網(wǎng)所有的負(fù)荷分配的控制，同時(shí)對(duì)各網(wǎng)之間的速差的比值也有一定的要求，所以多網(wǎng)對(duì)控制策略的要求更高?；鞚{：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。此工序分為連續(xù)和間歇兩種，最終達(dá)到漿送要求。一般較通用的造紙典型工藝流程如圖21所示，有時(shí)也可以簡(jiǎn)化為在參考文獻(xiàn)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。因此，現(xiàn)場(chǎng)總線通信技術(shù)的特點(diǎn)及應(yīng)用和設(shè)計(jì)、PLC與變頻器相關(guān)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法及選型等，最終結(jié)合某紙廠紙機(jī)的工藝結(jié)構(gòu)及要求設(shè)計(jì)基于ProfibusDP總線的紙機(jī)傳動(dòng)控制系統(tǒng)，利用PLC的模塊化設(shè)計(jì)的方法的思想，以上位機(jī)、PLC和變頻器構(gòu)成三級(jí)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)紙機(jī)整個(gè)傳動(dòng)組與各分部傳動(dòng)的復(fù)雜控制以及各控制部分間數(shù)據(jù)的高速傳輸，在此基礎(chǔ)上結(jié)合二叉樹算法進(jìn)一步的達(dá)到對(duì)整個(gè)紙機(jī)的速度控制,負(fù)荷分配控制以及其他相關(guān)輔助連鎖控制等控制的要求。圖11紙機(jī)傳動(dòng)控制系統(tǒng)方框圖隨著現(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(jī)電氣傳動(dòng)系統(tǒng)也進(jìn)入了以網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)為核心的發(fā)展時(shí)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(duì)紙機(jī)生產(chǎn)的操作也逐漸智能化，該趨勢(shì)將成為今后紙機(jī)發(fā)展的主要方向。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，紙機(jī)設(shè)備也得到了不斷的改進(jìn)，其生產(chǎn)工藝過程得到了不斷完善，在控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方面應(yīng)用了現(xiàn)代智能控制理論及最新的網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，進(jìn)一步地提高了整個(gè)造紙生產(chǎn)線的自動(dòng)化控制技術(shù)水平。隨著國(guó)家對(duì)造紙行業(yè)的不斷重視，現(xiàn)在，越來越多的研究人員和機(jī)構(gòu)，開始從事造紙機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)的研究。紙機(jī)的電氣傳動(dòng)控制系統(tǒng)是整個(gè)造紙工業(yè)生產(chǎn)過程控制的重要基礎(chǔ)，它綜合機(jī)械制造技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)、電力電子技術(shù)及智能控制技術(shù)等匯集一體的機(jī)電控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)的性能直接關(guān)系著紙機(jī)的高效、穩(wěn)定的生產(chǎn)運(yùn)行。目前，縱觀國(guó)內(nèi)外造紙工業(yè)的發(fā)展，其趨勢(shì)向高速、高效、高質(zhì)量、低消耗、連續(xù)化、自動(dòng)化的工業(yè)方向發(fā)展，因此要進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)我國(guó)造紙工業(yè)的現(xiàn)代化，使之具有世界先進(jìn)水平，還需要作巨大的努力。關(guān)鍵詞:現(xiàn)場(chǎng)總線；變頻器；ProfibusDP；PLCABSTRACTThe paper industry is closely linked with national economic development and social civilization．The paper and paperboard consumption level is a measurement of one of the important symbol of the degree of modernization and civilization of a country．With the development of national economy and the improve of people’s living standards，people’s consumption demand for various types of paper is increasin