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  一、前言

    在化纤涤纶短丝的生产工艺流程中，后处理牵伸联合机是整个生产线中的关键设备，各单元机的控制精度直接影响成品丝的质量。采用传统的机械长边轴或同步调节器控制，各单元机之间的工艺比例倍数调整极不方便，且控制精度难以保证。所以，为了方便对各工艺参数的调节，提高整个系统的控制精度和可靠性，采用“西门子TP170A触摸屏+S7-300PLC+矢量控制型逆变器”的控制方案。

    二、PROFIBUS-DP现场总线简介

    PROFIBUS是德国国家标准DIN19245和欧洲标准EN50170的现场总线标准。PROFIBUS广泛应用于加工制造、过程和楼宇自动化等行业。PROFIBUS根据应用特点分为PROFIBUS-DP，PROFIBUS-FMS，PROFIBUS-PA。其特点分别为：PROFIBUS-DP（工厂自动化），快速即插即用；PROFIBUS-FMS（通用性自动化），通用、大范围使用、多主通信；PROFIBUS-PA（过程自动化），面向应用、总线供电、本质安全。PROFIBUS-DP用于设备级的高速数据传送，中央控制器通过高速串行线同分散的现场设备进行通信，多数数据交换是周期性的，除此以外，智能化现场设备还需要非周期性通信，以进行配置诊断和报警处理。

    PROFIBUS协议的实现可以通过PROFIBUS的专门协议芯片和微处理的结合来完成。在电力传动领域，各个公司分别推出自己的实现PROFIBUS协议的通信模板，直接插入变频器内就可以完成通讯。如SIEMENSSIMOVERTMAS-TERDRIVERS变频器中的CBP板，艾默生变频器的TDS-PA01适配器。现就涤纶短丝后处理牵伸联合机传动系统中PROFIBUS的具体应用作一描述。

    三、涤纶短丝后处理牵伸联合机PROFIBUS现场总线的应用

    1．涤纶短丝后处理牵伸联合机传动系统简介

    本文以涤纶短丝后处理牵伸联合机传动系统为例,介绍现场总线在牵伸联合机系统中的应用。

    化纤聚酯瓶片经熔融纺丝卷绕上油形成丝束喂入盛丝桶内，盛丝桶里的丝束从集束架引出，经过浸油槽上油，进入第一牵伸机；本生产线共有两道牵伸，一道牵伸在第一牵伸机和第二牵伸机之间进行；一道牵伸所需的牵伸温度是75～80℃，由水浴牵伸槽提供。二道牵伸是在第二牵伸机和第三牵伸机之间的蒸汽牵伸箱中进行，牵伸温度约为95～100℃；牵伸后的丝束由由叠丝机将其叠成一片，送卷曲机使丝束卷曲成形。系统结构组成如图1所示。

    系统使用6套西门子矢量控制型逆变器，分别驱动六台单元机。PLC采用西门子S7-300系列。在主控柜内设置PLC主站，现场操作台上装有西门子TP170A型触摸屏，触摸屏与各变频器均为从站。PLC通过PROFIBUS-DP现场总线将主站与从站全部连接起来组成了一个工业现场总线系统，即提高了系统的可靠性与高性能比，也极大地方便了工艺人员和操作人员。该系统主要有以下特点和新功能：①矢量控制变频技术，电机上的编码器和逆变器构成速度闭环；②能耗制动加机械制动，停车时自动投入制动工作，工作可靠，制动平稳，实现了高速下的快速停车；③先进的工业现场总线系统与PROFIBUS总线；④触摸屏使用户操作方便，速度、电流等数据实时显示，电气系统运行监控与显示，故障显示，诊断，报警等

    现场总线与DCS的并行集成，完成整个工厂的控制系统和信息系统的集成统一，并可以通过Web服务器实现Infranet与Inernet的互连。这种方案的优点是丰富了网络的信息内容，便于发挥数据信息和控制信息的综合优势；另外，在这种集成方案中，现场总线系统与通过网关而集成在一起的DCS系统是相互独立的。

    6 结论

    综上所述，我们相信现场总线系统将广泛地应用到过程工业控制中，通过对过程控制系统进行一些必要的修改，将现场总线技术引入到DCS中，将会给用户带来大量的收益；另一方面，即使大多数的连续控制环路将由现场总线系统来完成，DCS系统仍将在许多诸如实时要求较高的控制场合扮演重要的角色。现阶段现场总线与DCS系统的共存将使用户拥有更多的选择，以实现更合理的控制系统

目前在现场总线的发展初期，大多数用户更倾向于对他们现有的仪表系统进行逐步的增添和替换；另一方面，DCS系统及其仪表的消失或完全被取代，对于费用或人力而言也都是不合理的。现阶段*可行的方案是考虑如何使现场总线与传统的DCS系统尽可能地协同工作，这种集成方案能够得到灵活的系统组态，以适用于更广泛的、富于实用价值的应用。

    3 现场总线于DCS系统I/0总线上的集成

    在DCS的结构体系中，自上而下大体可分为3层：管理层，监控操作层和I/O测控层。在I/O测控层的I/O总线上，挂有DCS控制器和各种I/O卡件，I/O卡件用于连接现场4-20mA设备、离散量或PIC等现场信号，DCS控制器负责现场控制。

    在DCS系统的I/O总线上集成现场总线的关键是通过一个现场总线接口卡挂在DCS的I/O总线上，实现现场总线系统中的数据信息映射成原有DCS的I/O总线上相对应的数据信息，如基本测量值、报警值或工艺设定值等，使得在DCS控制器所看到的现场总线来的信息就如同来自一个传统的DCS设备卡一样。这样便实现了在I/O总线上的现场总线技术集成。

    这种方案主要可用于DCS系统已经安装并稳定运行，而现场总线首次引入系统的、规模较小的应用场合；此方案也可应用于PLC系统。

    这种方案的优点是结构比较简单，缺点是集成规模受到现场总线接口卡的限制。

    Fisher-Rosemount公司推出的DCS系统DeltaV采用的就是此种集成方案。DeltaV系统在它的I/O卡件中专门开发设计了此种功能的接口卡——现场总线H1通信模块(31．25kbit／s)，成功地将现场总线技术集成在DeltaV系统中，可实现与现场总线仪表相连，极大地节省了安装、操作以及维护费用，同样的控制器可兼容H1与传统的I/O模块，有利于从传统的控制模．式向现场总线控制模式的过渡和转变。

    在DeltaV系统的现场总线H1通信模块中具有特定的Driver，用以实现现场总线系统数据信息与I/O总线上对应信息的映射。

    4 现场总线于DCS系统网络层的集成

    除了在I/O总线上的集成方案，还可以在更高一层——DCS网络层上集成现场总线系统。在这种方案中，现场总线接口卡不是挂在DCS的I/O总线上，而是在DCS的上层LAN上。

    在这种方案中，现场总线控制执行信息、测量以及现场仪表的控制功能均可在DCS操作站进行浏览并修改。它的优点是原来必须由DCS主计算机完成的一些控制和计算功能，现在可下放到现场仪表实现，并且可以在DCS操作员界面上得到相关的参数或数据信息；它的另一个优点是不需要对DCS控制站进行改动，对原有系统影响较小。

    这种集成方案在工程实际中也有应用。如Smar公司的302系列现场总线产品可以实现在DCS系统网络层集成其现场总线功能。

    5 现场总线通过网关与DCS系统并行集成

    若在一个工厂中并行运行着DCS系统和现场总线系统，则还可以通过一个网关来网接两者，安装网关以完成DCS系统与现场总线高速网络之间的信息传递