工业网络通信技术在腈纶纺丝控制系统中的应用

炼油与化工　２００７年第３期　ＲＥＦＩＮＩＮＧ　ＡＮＤ　ＣＨＥＭＩＣＡＬ　ＩＮＤＵｓＴＲＹ　工业网络通信技术在腈纶纺丝控制系统中的应用　沈世刚，王登前，冯运强，周广顺　（大庆石化公司腈纶厂，黑龙江大庆１６３７　１４）　自动化控制系统的发展，经过了集中式控制系统　（ＣＣＳ），集散式控制系统（ＤＣＳ），即将走向现场总线控制系　统（ＦＣＳ），而当前则是以网络为主干的集散式控制系统将　成为行业趋势，文中以德国西门子公司研发的工业网络通　信技术在腈纶纺丝电气控制系统中的应用为例，介绍了这　种控制系统。　ＳＩＭＡＴＩＣ　ＮＥＴ是西门子的工业通信网络解决方案的统　称【ｌＪ。在ＳＩＭＡＴＩＣ　ＮＥＴ解决方案的范畴内使用了多种通信　技术，包括ＭＰＩ通信，ＰＲＯＦＩＢＵＳ通信，工业以太网，点对点　连接以及ＡＳ—Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ（￣传感器／执行器接口）等。　１腈纶生产纺丝工段系统组成及调速原理　腈纶生产的纺丝工段包括Ｆｌ，Ｆ２，至Ｆ２０共计２Ｏ个工　位，工艺上将其划分为前纺（Ｆ１～Ｆ１５）和后纺（Ｆ１６～Ｆ２０）２部　分；其中前纺按照速度关系可划分成４段速度链，相应的有　４个工位作为每段的速度主令机，即Ｆｌ、Ｆ４、Ｆ５和Ｆ１３，其　它工位的速度都是以各自的主令机速度作为给定进行调　节。后纺Ｆ１６～Ｆ２０各工位的速度链是串联关系，在速度协　调性要求较高的情况下，对调节环节如拉丝点和调节辊的　调节性能要求较高。调节环节的速度补偿对以后每一级都　起作用，为了提高响应速度，将每一调节量都直接累加在其　后各级的速度输出上，这就使系统稳定性控制方面的难度　加大。　此外，在生产线上还设立了３个现场操作盘，负责控制　每个工位的起停与调速以及通过操作盘上的线速表监视每　个工位的线速度。　２控制方案选取与网络硬件组成　控制方案的选取主要考虑５个因素：（１）系统的响应速　度要快；（２）系统的调速性能要好；（３）系统的故障率要低。　如果采用传统的一个信号一对电缆的控制方式，电缆数量　非常庞大，所需的接线点也非常多，所以相应的故障率就会　高；（４）系统的抗干扰性要强；（５）便于实现变频器装置的控　制。　为了满足以上要求，选择了以ＰＲＯＦＩＢＵＳ—ＤＰ现场总　线为主，以ＭＰＩ通信、ＰＲＯＦＩＢＵＳ—ＦＤＬ通信为辅的网络，其　网络组态见图１。　为了提高系统的响应速度，调速性能，将ＰＲＯＦＩＢＵＳ—　ＤＰ总线分成两段，一段负责前纺设备的控制，一段负责后　纺设备的控制，每一段总线上的主站都是一个ＣＰＵ３１５—　２ＤＰ，而从站包括ＭＭ４４０变频器（安装有ＰＲＯＦＩＢＵＳ—ＤＰ接　口模块）、远程Ｉ／Ｏ站ＥＴ２００Ｍ（包括接口模块ＩＭ１５３—１及输　入输出模块）；为了实现两个ＣＰＵ３１５—２ＤＰ之间的数据共　享，选择了ＰＲＯＦＩＢＵＳ—ＦＤＬ通信来完成，硬件设备为安装　在两个Ｓ７—３００中央机架上的２块ＣＰ３４３—５通讯处理器。　ＨＰＩ　ＰＲ０ｒＩＢＵＳ　，０ｌ　ＰＲ０ｒＩＢＵＳ　ＰＲ０ｒＩＢＵＳ　：Ｉｐ２　ＰＲＯＦＩＢＵＳ　ＰＲ０ｒＩＢＵＳ　Ｆｄ【　ＰＲ口ｒｌＢＵＳ　ＳＩＭＡＴＩＣ　３００（Ｉ）　ＳＩＭＡＴ】Ｃ　３００＜　、　　ｌＣ～Ｐ２ＵＤＰ３　ｌｌ５ｌ　ＤＰ　Ｃ一ＰＳ　３４３　Ｃ—Ｐ０ＵＤ３Ｐ　１５　。Ｉ　Ｉ　图Ｉ网络组态图　３网络组态　３．１　ＭＰＩ网　在ＳＴＥＰ＇／中建立一个新项目，在此项目下插入２个　ＰＬＣ站，分别为ｓ７—３００（１）和ｓ７—３００（２），然后分别插入　ＣＰＵ３１５—２ＤＰ和ＣＰ３４３—５。完成硬件组态；建立ＭＰＩ网络，　设置通信速率为１　８７．５ｋｂｐｓ，配置ＭＰＩ的站地址。　３．２　ＰＲＯＦＩＢＵＳ—ＤＰ网　该项目中要建立２段ＰＲＯＦＩＢＵＳ总线，分别为　ＰＲＯＦＩＢＵＳ—ｄｐｌ和ＰＲＯＦＩＢＵＳ—ｄｐ２，其方法是类似的，以　ＰＲＯＦＩＢＵＳ—ｄｐｌ为例。　（１）组态主站系统　在ＳＴＥＰ＇／中，将ＣＰＵ３１５—２ＤＰ插入机架时，会同时弹出　ＰＲＯＦＩＢＵＳ组态界面。选择“Ｎｅｗ”新建ＰＲＯＦＩＢＵＳ－ｄｐ１，组态　ＰＲＯＦＩＢＵＳ站地址。点击“Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ”按钮组态网络属性，选　择“Ｎｅｔｗｏｒｋ　Ｓｅｔｔｉｎｇｓ”标签进行网络参数设置，设置　ＰＲＯＦＩＢＵＳ的传输率为“１．５Ｍｂｐｓ”，行规为“ＤＰ”。在　ＰＲＯＦＩＢＵＳ的属性“Ｏｐｅｒａｔｉｎｇ　Ｍｏｄｅ”中，将其设为ＤＰ　ｍａｓｔｅｒ。　（２）组态从站　在ＳＴＥＰ＇／中，添加了一个ＤＰ主站（该项目中是　ＣＰＵ３１５—２ＤＰ），并设置了ＰＲＯＦＩＢＵＳ网络后（ＰＲＯＦＩＢＵＳ—　ｄｐ１），会出现一条代表ＰＲＯＦＩＢＵＳ主站系统的总线，然后从　硬件目录中的ＰＲＯＦＩＢＵＳ—ＤＰ目录下列出的各种ＤＰ从站　设备中，选择所需的设备拖放到ＰＲＯＦＩＢＵＳ主站系统的总　线上，包括ＭＭ４４０和ＥＴ２００Ｍ。　组态ＭＭ４４０的通信区：包括ＰＺＤ数据区和ＰＫＷ数据　区。ＰＺＤ区用于存放设定值、控制字以及它们的反馈数据；　ＰＫＷ区用来读写ＭＭ４４０参数（如Ｐ参数）。　组态ＥＴ２００Ｍ：定义ＥＴ２００Ｍ接口模块ＩＭ１５３—１的　维普资讯 http://www.cqvip.com 炼油与化工　ＲＥＦＩＮＩＮＧ　ＡＮＤ　ＣＨＥＭＩＣＡＬ　ＩＮＤＵＳＴＲＹ　第ｌ８卷　光纤传感技术在液位测量中的应用　佟向辉　，王勇　（１．大庆石化公司塑料厂，黑龙江大庆１６３７１４；２．大庆中蓝化建有限公司仪表分公司，黑龙江大庆１６３７０９）　光纤传感技术是２０世纪７０年代末发展起来的一门　换箱，光电转换箱将该组带有液位变化信息的光脉冲信号　新兴技术，光纤既可以作为光传输的介质又可作为传感元　转变为电脉冲信号，并进行放大整形，传送给二次仪表，经　件【ｌＪ。与传统的电类传感器、磁类传感器、射线声学类传感　二次仪表判向计数后，显示出储罐内液位值，同时输出给计　器相比，具有许多优点。　算机，实现灌区液位自动监测。　（１）光纤传感器具有很强的抗干扰能力，可以用于强　光纤液位计的测量单元和光纤传感器安装在罐区现　电磁干扰的环境。　场，光电转换箱、二次仪表、电源和计算机系统安装在仪表　（２）光纤传感器灵敏度高、响应速度快、动态范围大，　控制室，两者之间通过光缆连接，完全做到罐区无电检测，　可适用于远距离遥感。　本质安全防爆。　（３）光纤传感器具有耐高温、耐腐蚀的优点。　１光纤传感器及光电变送器结构　（４）光纤传感器是通过光来检测和传输信息的，因而　１．１光纤传感器　现场可以不用电信号，实现本质防爆，特别适合于石油化工　采用ＧＹ—ＩＣ型光纤液位计监测己烷储罐液位，其传感　等易燃易爆的行业使用。　器为光机电一体化产品［２１，由机械检测系统和光学编码室　光纤液位计利用力平衡原理实现液位的检测［１ｌ，系统　组成，机械检测系统中测量绳轮之间同轴运动，分别与测量　由测量元件（包括浮球、钢丝绳、重锤、导向轮、绳轮、磁力耦　钢丝绳和重锤钢丝绳连接。光学编码室与机械检测系统完　合器等机械部分）、光纤传感器、光电转换箱、二次仪表、电　全密封隔绝，两者之间采用磁力耦合方式连接。光学编码室　源和计算机以及光缆组成，其工作原理见图１。　内部有一个特制光码盘和两组精密的光纤探头，每组探头　有２根光纤，光纤传感器出厂时共有４根光纤，该尾纤在现　场安装时同光缆焊接后固定在光纤保护期器内。　１．２光电变送器　ＧＹ系列光纤液位计的光电变送器采用悬挂式，由外壳　和芯板两部分组成，采用邮电通讯成熟元件（关键元件使用　寿命１０　ｈ以上），担负着光纤传感器与二次仪表间的信号　图１光纤液位计工作原理　转换工作。光电变送器芯板上有４只发光二极管和２只光　当被测介质液位发生变化时，测量浮球上下移动，测量　敏管，分别通光缆内４根光纤连接，光缆端头利用专用夹具　钢丝绳带动光纤传感器内光码盘转动，同时，光纤传感器内　固定在光电变送器内，光电变送器同二次仪表间电气连接　两组光学探头输出两组光脉冲信号，经光缆传输到光电转　采用４芯屏蔽电缆。　ＰＲＯＦＩＢＵＳ站地址，组态的站地址必须与ＩＭ１５３一ｌ上拨码　４结论　开关设定的站地址相同。然后组态ＥＴ２ＯＯＭ上的Ｉ／Ｏ模块，　原有纺丝电气控制系统存在一些缺陷，有些缺陷甚至　设定Ｉ／Ｏ点的地址。　严重影响到丝束的质量与生产平稳，例如：调速性能差，影　３．３　ＰＲｏＦｍＵＳ—ＦＤＬ网　响丝束的质量；经常由于接线端子松动，导致非计划停车，　只有ＰＲＯＦＩＢＵＳ通信处理器支持ＦＤＬ的数据传输，因　影响装置的长期稳定运行，增加了能耗和物耗；线速表受干　此本项目选择了两个ＣＰ３４３—５通信处理器来实现。　扰严重，不能正确反映工位的实际速度等。这套系统投用以　分别对两个ＣＰ３４３—５进行组态，每个ＣＰ３４３—５都是主　后，从根本上解决了上述的缺陷，系统响应快，凋速好，稳定　站，组态步骤与ＰＲＯＦＩＢＵＳ—ＤＰ类似。ＦＤＬ传输速率也设置　性高，故障率明显降低，抗干扰能力增强，达到了预期目的。　为“１．５Ｍｂｐｓ”，但行规设置为“Ｓｔａｎｄａｒｄ”。在ｃＰ属性对话框　“Ｏｐｅｒａｔｉｎｇ　Ｍｏｄｅ”标签页中，将其设为“Ｎｏ　ＤＰ”模式，这是因　参考文献　为ＣＰ通常支持多个通信协议，即使作为ＤＰ主站或从站也　【１】崔坚．西门子Ｔ业网络通信指南（上）［Ｍ】．北京：机械Ｔ业出版　可以建立ＦＤＬ连接，但是会影响ＤＰ的实时性。　社，２００４．９：６．