復卷機的結構組成 [1]由放卷輥（又稱退紙輥）、引導輥、縱切機構、壓紙輥、卷取底輥（包括前底輥和后底輥）等構成，如圖1所示。 復卷機對控制系統要求：壓紙輥對紙卷的壓力逐漸減小；放卷電機要提供一個反向力矩，在紙面上產生恒定的張力，保證在復卷過程中不斷紙和松紙、成品紙內緊外松的品質；對前后底輥電機進行負荷分配；線速度長期穩定且調速范圍寬，動態響應快。 針對這種情況，本系統設計了一種以PROFIBUS-DP現場總線為通信方式，PLC為控制核心，西門子矢量控制變頻器為執行機構，OP面板為人機界面的調速控制系統。 1 現場總線及其阿絡結構 現場總線口[2]是應用在生產現場、微機化測量控制設備之間實現雙向串行多節點數字通信的系統，也被稱為開放式、數字化、多點通信的底層控制網絡。 PROFIBUS現場總線是德國90年代初制定的國家工業現場總線協議標準，協議結構根據ISO7498國際標準以開放系統互聯網絡OSI為參考模型。ISO/OSI協議模型分為7層，其中PROFIBUS協議結構采用OSI的第一層物理層、第二層數據鏈路層和第七層應用層。物理層定義了物理特性，他上接數據鏈路層，下連媒介。發送時物理層編碼并調制來自數據鏈路層的信息，用物理信號驅動媒介。接收時物理層用來對媒介的信號進行解調和解碼。數據鏈路層定義總線存儲協議，執行總線通信規則，處理出錯檢測、出錯恢復、仲裁和調度。應用層定義了應用功能，完成信息指令的翻譯，掌握數據的結構和意義。用戶層是數據應用軟件。PROFIBUS總線又分為PROFIBUS-PA，PROFIBUS-FMS，PROFIBUS-DP三種兼容通信方式。其中PROFIBUS-DP（分式式通信系統）采用第一層和第二層，因此通信速度快，數據傳輸量大，具有良好的可擴展性，成為目前廣大用戶普遍采用的通信方式。 PROFTBUS-DP是一種電氣網絡，通過RS 485總線標準接口進行通信，最多可以有126個站點。PROFIBUS-DP和。PROFIBUS-PA之間可通過DP/PA耦合器（Coupler）或鏈接器（Link）相連接。 PROFIBUS-DP采用主一從系統，主站周期性的輪詢從站，與從站進行數據交換。 2 基于現場總線的復卷機控制系統結構 由于現場總線[3]設備的智能化、數字化，與模擬信號相比，他從根本上提高了測量與控制的準確度，減少了傳送誤差。同時，由于系統的結構簡化，設備之間連線減少，現場儀表內部功能加強，減少了信號的往返傳輸，提高了系統的工作可靠性。此外，現場控制設備具有自診斷與簡單故障處理的能力，并通過數字通信將相關的設備運行信息和診斷維護信息送入人機界面，用戶可以監控所有設備的運行狀況，查詢故障原因，并可以根據復卷機工藝的不同要求，設定和修改工藝參數（例如張力）。因此，把現場總線技術和HMI技術應用于復卷機已經成為復卷機自動控制的發展趨勢和主流。所以本系統以S7-300 PLC為控制中心，采用具有強大和豐富控制功能的西門子6SE70矢量變頻器作為執行裝置，OP270操作面板為操作單元組成全數字現場總線復卷機交流傳動控制系統。系統設計方案如圖2所示。 系統中PLC是一類主站，OP面板是二類主站，變頻器和遠程I/O是從站，變頻器對自身的拖動點進行速度閉環控制、轉矩控制、電流控制、啟動環節、過流過壓保護控制、工藝調節控制、故障檢測和保護、電機溫度監視等。PLC作為主站是整個系統的控制中心，主要實現對變頻器的啟動、停止、爬行、運行、微升、微降、速度鏈和負荷分配、張力控制等功能。OP面板通過PLC實現對變頻器的停止、爬行、運行、微升、微降、點動、張力給定操作和調整以及用戶管理等。 3 網絡硬件組態 PROFIBUS-DP網絡的拓撲結構口[3]有3種：純主一從、主一主、多主一從混合系統。主站有：PLC、PC機、PG編程器、OP操作面板等；從站主要有：變頻器、遠程I/O、PLC等設備。由圖2可知，該復卷機系統是多主一從混合系統，因此整個網絡的硬件組態包括3部分：主站組態、從站組態、OP面板組態。 主站選用S7-300 PLC，CPU選用315-2DP，該CPU有2個DP接口，1個可設置成MPI口，用于與上位機和PG編程器的通信，另外一個DP口用于PROFIBUS-DP網絡通信用。OP270面板自身帶有DP口可以掛在總線上，變頻器通過PROFIBUS通信卡CBP2和網絡相連，實現與PLC和OP面板的通信。 3.1 主站組態 主站是以網絡組態的方式組態的。在STEP7中創建一個新項目，插入一個S7-300站，在進行硬件組態時選擇PLC的CPU型號為315-2DP，在組態PLC硬件時，當在機架中放置CPU時，產生一條總線，并設定主站地址為2，在進行網絡參數組態時設置傳輸速率為"1.5 Mb/s"，行規為"DP"，并將其設置為主站（DP Masller）。 3.2 從站組態 在PROFIBUS-DP選項中選擇IM153并拖到DP網絡上，地址設定為3，4，接著分配I/O地址。然后在PRO-FIBUS-DP選項中選擇"Vector Control DCUVC"，拖動連接到DP網絡上，并定義從站的地址為5。除組網設定地址和通信速率外，還需要組態變頻器的通信區。雙擊變頻器從站圖標，進入通信接口區。選擇PZD為"Enterlength"，通信方式根據復卷機傳送數據的要求，把MasterDrive的PPO類型設為PPO2，PKW的通信區起始地址為256，PZD的通信區起始地址為264。然后接著組態另一個從站，直至3個變頻器從站組態完畢。 3.3 OP面板在網絡中的組態 OP面板也可以作為從站接入DP網。但是OP面板本身要求的實時性較高，數據的修改需要及時發送。如果采用從站方式，系統數據的傳送方式是主站查詢方式，實時性不能滿足要求，因此采用主站的方式接入網絡，形成一個混合系統。OP面板在STEP7中只需要將OP面板圖標拖放到ROFIBUS網絡上，并設定地址缺省為1。這樣整個網絡系統就組態完成，如圖3所示。 4 PROFIBUS-DP網絡的通信方式 PROFIBUS-DP網絡通信包括兩個方面：PLC與變頻器和遠程I/O，PLC與OP面板之間的通信。主站之間的通信采用令牌方式，主站與從站之問采用主站順序查詢從站方式，從站不能訪問主站，從站之間也不能相互訪問。OP面板與變頻器和遠程I/O的通信通過PLC完成。 在系統中，主站通信主要是PLC與OP操作面板之間的數據傳輸。PLC屬于第一類主站，OP操作面板屬于第二類主站。由于采用令牌環方式，系統初始化時，PLC自動負責生成令牌，并對令牌的分配進行管理。擁有令牌的站點有權對總線控制，發送或讀取某個站點的數據。PLC首先將總線上的主站按站號大小排列形成一個遞加的序列，再將序列的第一個站點作為最后一個站點的下一站點，這樣就形成了一個邏輯環。 PLC與變頻器的通信是通過變頻器中插入的通信模塊CBP2板來實現的，ET200M是通過接口IM153連接在PROFIBUS-DP上與主站PLC進行通信，PLC主站周期性輪詢從站。PLC對ET2020M的操作與PLC本身集成的I/O口的操作一樣。PLC對變頻器從站讀寫通過調用S7-300 PLC內部的系統功能SFC14和SFC15實現。在組態時設定的PPO2有6個PZD字同時使用，用來發送控制字和電機給定頻率，接收變頻器狀態字和頻率返回值，監視變頻器的電壓、電流、電機轉矩、電機功率等參數；4個PKW字用來通過PROFIBUS-DP總線修改電機或變頻器參數。數據傳輸的幀結構如圖4所示。 5 結 語 這種基于現場總線的復卷機控制系統是一種先進的控制系統，由于該系統采用了現場總線和PLC技術組成的全數字化交流傳動控制系統，有效避免了干擾，提高了系統的控制精度，縮短了設備的安裝、調試周期。采用OP面板數字化操作，使操作簡單，能動態監控被控設備的運行過程和狀態，修改和設定工藝參數，了解報警信息，使維護更加方便，大大降低了工人的勞動強度，提高了生產效率和可靠性。