1 引言 并條是紡織過程中的重要工序。并條機自動控制系統主要是單機控制。舊機型多采用儀表加繼電器的控制結構,系統的穩定性較差,人為主觀因素大,成品率低,產品質量差,系統運行和維護的成本高。即使現在一些先進的并條機采用了性能高的PLC控制，但仍然難以實現設備與外界之間的信息交換。這就使單機自動化系統成為典型的“信息孤島”，為了提高并條工藝的效益我們就必須利用先進的自動化技術和信息化技術進行車間的設備改造管理信息化改造。為此,我們采用Profibus-DP現場總線構造并條機控制系統網絡,使系統具有開放性高、布線安裝方便、運行和維護成本低的優點,同時提高了系統的智能化和自動化程度,使整個系統的控制水平得到了大大的提高。 2 系統要求 某紡織集團有限公司要求在對其并條車間的34臺并條機技術改造，不僅增加了各機臺的自調勻整功能，而且實現車間的生產調度全集中監控。中央控制室的主計算機上運行的監控軟件可以顯示整個車間的生產工藝圖，動態顯示所有設備，儀表的狀態及參數等生產流程的監控。對重要參數的進行趨勢圖跟蹤，系統報警等。通過該系統也可以進行現場的設備的控制及對有關的參數進行修改，從而實現企業生產過程地集中調度。 3 系統設計與實現 根據上述要求在選擇控制網絡的結構時，著重研究了目前流行的DCS和FCS的優、缺點，從實現的可能性、性能價格比、維護的方便程度、系統擴容性等眾多方面考查，最后選定FCS，以Profibus為基礎，用SIEMENS的S7-200系列PLC和WINCC組態軟件組成分布式監控網絡。 3.1 Profibus-DP現場總線技術 Profibus是由SIEMENS公司推出的一種開放式現場總線標準，1989年成為德國標準DIN19245，1996年成為歐洲標準EN50170，1999年12月被接受為國際標準IEC61158的一部分[1]。用于工廠自動化系統三級網絡中的底層，即車間級監控和現場設備層數據通信與控制;使用于分散的、具有通訊接口的現場受控設備對底層設備有較高的數據集成和遠程診斷、故障報警及數字化要求的系統。 Profibus遵循ISO/OSI模型，其通信模型由三層構成:物理層、數據鏈路層和應用層。PROFIBUS提供了3種協議類型:PROFIBUS-FMS、PROFIBUS-DP、PROFIBUS-PA。另外，對于西門子PLC系統，PROFIBUS提供了兩種優化了的通信方式:S7通信和S5兼容通信[2]。其中PROFIBUS-DP是一種高速、經濟的設備級網絡，主要用于現場控制器與分散I/O之間的通信，使用物理層，數據鏈接層和用戶接口，用于現場層的高速數據傳送。主站周期地讀取從站地輸入信息并周期地向從站發送輸出信息。總線循環時間必須要比主站程序循環時間短。此外，PROFIBUS-DP還提供智能化現場設備所需的非周期性通信以進行組態、診斷和報警處理及復雜設備在運行中參數的確定。 3.2 系統網絡結構 筆者設計的系統網絡結構如圖1所示。網絡采用Profibus-DP網絡單主站系統,以配置了CP5613卡的工控機作為上位機實現對系統的監控管理;以CP5613卡作為主站，決定總線的傳輸速率并分配每個從站網絡地址;以34個分布在各個工作現場S7-200PLC （CPU224）作為從站,負責現場的信息采集并向主站發送有關信號,以及具體執行控制命令。S7-200PLC利用EM277 PROFIBUS－DP模塊的DP端口同CP5613卡通過屏蔽雙絞線相連,構成整個PROFIBUS－DP現場總線網絡。另外一個S7-200 PLC作為控制網絡中的一個節點（即DP從站）控制一臺并條機,它的運行狀態并不影響網絡及其它節點的運行。而且也用它自帶的RS-485接口與TP170相連，以完成對現場設備的控制。TP170與S7-200 PLC采用PPI通信方式，不參與PROFIBUS－DP總線網絡。 3.3 系統網絡監控設計 本控制系統的S7 200PLC編程采用西門子公司的STEP7 MicroWIN4.0軟件包，上位機作為控制系統的人機交互接口，安裝有西門子公司的SIMATIC WINCC 6.0組態軟件，作為中央監控計算機實現對本系統的狀態監控、參數設定和報警顯示、記錄等，并能提供完整的數據統計和各種分析圖表。STEP7 MicroWIN4.0軟件運行于WINDOWS環境下，界面友好，編程方便，在線調試直觀。組態軟件WINCC通過CP5613卡和EM277通信模塊實現到S7-200PLC的 Profibus-DP連接。 （１） 組態軟件性能 WINCC軟件分項目、畫面、窗口和目標四級管理;項目數無限制，每個項目最多可有1000個畫面;每個畫面最多可包括:100個窗口，256個動態目標，256個可控目標，16個歷史操作圖，16個當前趨勢圖，16個報警窗口;支持標記、處方、面板、符號等監控特性;支持9種報警類型;自定義軟件掃描周期，本系統設置最短為50ms。 （２） WINCC與S7-200之間的Profibus-DP連接 筆者設計得Profibus-DP通信是一主多從的通信方式，WINCC是上位機監控軟件，使用WINCC的上位機只能作為主站，所以上位機只能是一臺。一般情況通過西門子公司提供的網絡集成CP5613卡，在PROFIBUS-DP網絡方式下最多只能直接連接8個S7-200PLC，因為這時監控軟件WINCC只能通過OPC通道與OPC Sever交換數據，而一個OPC Sever只能帶8個S7-200PLC。但監控系統共有34套PLC，對于這個問題筆者的解決辦法是:通過標準的DP協議進行組建網絡，這時要在原來的配置基礎上再增加DP-5613 V6.2軟件，另外在PC站組態時選擇“Application”而不是“OPC Sever”。這樣通過下面的介紹的方法就可實現WINCC與S7-200PLC之間的連接。 （３） 把EM277的GSD文件（siem089.gsd）安裝到STEP 7-Micro/WIN中 在STEP 7中，點擊選項“Options”——“Install New GSD”安裝GSD文件。EM277安裝后，可以在硬件目錄“Profibus DP”——“Addition Field Devices”——“SIMATIC”可找到EM277。 （４） 配置網卡 在項目中插入一個PC STATION，在第一行插入APPLICATUION，在第四行插入CP5613（此處以CP5613作為DP主站），并建立Profibus網絡，在網上添加EM277作為DP從站。過程如圖2所示，配置通信接口區為8字的輸入區，8字的輸出區，如圖3所示。雙擊圖2中EM277，配置EM277的地址偏移量為5000。 （５） 編譯存盤后，配置PC STATION 點擊“Start Station Configuration”進入組態畫面。點擊“Add”，添加“Application”。這里要說明的是如果添加的是“OPC Sever”監控軟件就通過OPC通道與OPC Sever交換數據，而一個OPC Sever只能帶8個S7-200PLC。因此這一步非常重要。另外設置網卡模式與硬件組態一樣，也是在第四行添加網卡CP5613。 （６） PC站的下載 在控制面板中打開“Set PG/PC Interface”設置S7 ONLINE指向“PC Internal”，訪問CP_L2_1指向“CP5613（Profibus）”。然后通過點擊PC STATION的“STATION NAME”改變PC STATION的站名與在STEP7中組態的PC站名稱相同。將組態下載到PC STATION中，并確認狀態。 （７） 在STEP 7-Micro/WIN中設置DP從站的地址偏移量，如圖4所示。 其中:VW 5000 -> QW0（Receiver buffer）；IW0 ->V5008 （Sender buffer）。 （８） WINCC側的組態。打開WINCC在“tag manage ment”中添加Profibus-DP協議，如圖5所示: [/align] （9） 在DP協議下，添加新的連接，設置連接DP從站地址。 （10） 配置系統參數。選擇CP5412（A2）board 1，在右鍵菜單中選擇“system parameters”設置系統參數，如圖6所示: （11） 添加變量Tag，連接輸入地址，如圖7所示: 這樣，就完成了WINCC與S7-224PLC之間的連接Profibus-DP連接。 3.4 系統網絡監控實現 基于Profibus DP組成網絡，通過WINCC進行系統組態實現車間并條機的網絡監控系統，可以對生產過程中的棉條的喂入速度、輸出速度、自調勻整率和棉條的條干歷史趨勢圖進行顯示。并對主電機、伺服電機、換筒電機、風機，以及運行各種故障進行報警。由于監視屏上的流程圖是根據生產流程而畫出的，可以使操作人員一目了然，給維護人員也帶來了方便。該監控系統主要可實現以下功能: （1） 遠程控制功能:通過在上位機上的簡操作，可以實現對每臺機的重要參數進行修改。 （2） 實時監控:實時顯示車間各臺并條機運行狀態，同時能實時顯示生產產量狀況。 （3） 實時數據采集與數據分析功能:上位機實時地進行現場數據采集，并經算法處理把結果顯示在監控見面。尤其能實時顯示每臺并條機左右眼輸出棉條的條干分析趨勢圖。 （4） 報表生成功能:能自動生成事件報表和產量報表，方便用戶查看數據。 （5） 打印功能:能對每臺并條機輸出棉條的條干曲線、事件報表和產量報表等用戶所關心的數據和信息進行打印。 （6） 故障報警功能:能立即顯示并條機當前產生的故障，同時在事件報表中能查詢歷史故障信息。 （7） 緊急應急處理，如果有機臺發生嚴重危險故障時，且來不及到車間去處理，可以在監控畫面操作急停按鈕停止系統工作以保證重要設備及人身安全。 本系統設計的部分監控界面如圖8所示。 4 結束語 總之，本系統用Profibus-DP網絡技術實現了分布式監控系統，大大降低了現場信號連接的工作量和費用，提高了信號傳輸精度和靈活性，降低了系統成本，給安裝、調試和設備維護帶來了方便。隨著現代信息技術、計算機技術和自動化控制技術的不斷發展，相信基于PROFIBUS-DP的現場總線技術不僅會為本系統中生產效益的提高做出貢獻，更會為多工廠實現生產調度全集中監控和整個企業的全集成自動化帶來更廣闊的前景。