1、引言 山東臨清新投產的4400/550高級瓦楞原紙造紙機中，有24個傳動點，四組負荷分配，3個張力控制點，總功率為2216.5kw。系統信息采集點多，通訊數據量大，通訊響應時間要短，若采取西門子s7200系列plc和modbus通訊以不能滿足系統要求。故選用了西門子大型s7-400cpu為414-dp，采用通訊速率高（12mbps）、信息處理能力更強的profibus-dp網絡，在現場設置5個操作屏，可實時監控紙機運行。并可與車間管理級計算機，dcs控制系統，qcs控制系統，工業以太網進行高速數據交換。是國內先進的紙機自動化控制系統。 2、profibus現場總線技術 profibus是process fieldbus的縮寫，是一種用于工廠自動化車間級監控和現場設備層數據通信與控制的現場總線技術，可實現現場設備層到車間級監控的分散式數字控制和現場通信，從而為實現工廠綜合自動化和現場設備智能化提供可行的解決方案。 profibus的網絡協議是以iso頒布的osi標準七層參考模型為基礎的，只是對第三層到第六層進行簡化，因此可以說它的標準適應性強。此外它的三種模塊（dp、fms和pa）又可以適應不同的應用對象和通信速率方面的要求，開放性也好。 2.1 紙機控制系統結構 本控制系統采用交流變頻傳動控制，系統為三級控制方式，如圖1所示。傳動系統第一級為變頻器控制級，變頻器采用abb公司acs600系列直接轉矩控制（dtc）變頻器，配有閉環控制編碼器反饋板，組成閉環控制系統。變頻器上還配有profibus-dp通訊板npba-12，與上位plc組成profibus-dp現場總線控制網絡。 [align=center] 圖1 紙機控制系統拓撲結構圖[/align] 傳動系統第二級為plc控制系統，plc采用西門子公司大型s7-400 cpu為414-2dp，操作臺控制選用西門子op27彩色操作屏, s7-400與變頻器、op27操作屏組成profibus-dp現場總線控制網絡, 完成整個紙機操作控制。 傳動系統第三級為上位優化控制系統，采用dell公司工業控制計算機,配置為piv1.7g/21"，用于整個紙機傳動系統狀態監控。上位機采用西門子組態軟件wincc，可以通過工業以太網與qcs上位機、dcs上位機、車間管理級、廠級管理級等聯網控制，實現紙機傳動控制系統優化控制和自動控制。 2.2 profibus dp網絡硬件配置 每臺變頻器通過npba-12轉接卡掛接到profibus-dp網，全部采用光纖連接。故每臺變頻器需要一個npba-12。s7-400plc通過rs485接口和dp網絡相連，profibus-dp網可采用屏蔽雙絞線組成。因系統有24個主傳動點，距離較長，為便于操作監控，在不同分部設置一個彩色操作屏op27，共有5臺。它們通過profibus總線和s7-400 plc相連。在dp網上，另掛兩臺s7-200plc，都配有em227 profibus-dp接口，其作為主s7-400的從站。一臺用于卷紙機自動換卷，另一臺完成電氣一體化輔助控制。上位機與s7-400 plc之間采用profibus-dp通訊方式控制，構成上位優化控制系統。此外，開放式的profibus-dp網絡可與dcs控制系統、qcs控制系統、工業以太網連接。與其進行信息數據交換，共同組成一個現代化的自動控制系統。 2.3 profibus-dp網絡軟件配置 上位機軟件配置為西門子公司的wincc組態軟件，wincc與s7- 400組成profibus-dp網絡，可自由通訊，不需再另外設置。s7- 400plc采用step7 v5.1編程軟件。step7 v5.1支持多種windows操作系統，可運行于windows nt、win98、win2000等操作系統下，編程方便快捷。s7-200plc采用microwin編程軟件，根據編程人員的不同習慣可采用梯形圖、語句表、功能圖語言編程。op27是大型彩色操作屏，配有專用的protool編程工具。 3、profibus-dp通訊功能及傳輸技術 profibus協議的結構定向根據iso7498國際標準以開放系統互聯網絡osi為參考模型，profibus-dp只用了第一層、第二層和用戶接口,第三層到第七層未加描述[2],如圖2所示。 [align=center] 圖2 profibus-dp網絡七層結構[/align] 第一層－phy，規定了線路介質、屋里連接的類型和電氣特性。profibus-dp通過差分電壓輸出的rs485實現電流連接。在線性拓撲結構下采用雙絞線連接。第二層－mac，描述了連接到傳輸介質的總線存取方法。profibus-dp采用一種混合訪問方法。第二層－flc，規定了對低層接口。第二層－fma1/2完成第二層－mac特定總線參數設定和第一層設定。 profibus-dp是主從通訊和令牌通訊的結合，該系統分為主戰和從站。主站和從站之間靠主站的查詢和從站的響應進行通訊。主站和主站之間靠得到總線控制權（令牌）進行通訊。具體到臨清4400/550瓦楞紙機profibus-dp網絡，命令傳輸圖如圖3所示: [align=center] 圖3 命令傳輸圖[/align] 現場總線系統的應用在很大程度上取決于選用的傳輸技術，rs-485是profibus-dp最常用的一種，通稱為h2，采用屏蔽雙絞銅線電纜，共用一根導線。rs-485每段最多32個站點, 帶轉發器最多可到127點。傳輸可選9.6kbps～12mbps, 一旦運行，全部設備均采用同一傳輸速度，電纜最大長度取決于傳輸速度，如附表所示: 4、三級系統功能 4.1 上位機優化控制系統具有的功能 根據生產不同品種的紙張可以記錄各種狀態下紙機傳動系統運行狀況，即車速和各分部速度變比。在變更生產紙張品種或車速時，計算機可以根據已經記錄的傳動系統運行參數自動控制plc執行。這樣在變更生產需求時傳動系統自動適應當前傳動要求，不用對紙機進行調試。提高自動化操作與控制程度。 可以接受廠級、車間級管理級、dcs、qcs上位機的指令，控制傳動系統的工作狀態。完成紙機的優化控制和自動控制。系統具有報警功能，當傳動系統出現故障自動報警，并能自動診斷故障原因，提示操作人員如何處理。可以顯示分部速度、電流、轉矩的歷史曲線。 可以生成即時報表、定時報表，并能通過打印輸出。計算機上還配有模擬紙機電路圖，采用動畫技術顯示紙機運行狀況，使您在工作的同時有身臨其境的感受。可以與dcs、qcs及其它系統聯網控制。 4.2 s7-400plc及op27功能 s7-400plc為傳動控制中心，主要功能為通過profibus-dp總線對現場控制信號的采集，速度鏈控制及計算，負荷分配控制功能和恒張力控制。plc根據工藝要求，可完成速度鏈的控制處理。并通過現場總線控制各分部變頻器的運行速度。 本系統共有五組負荷分配要求，plc可根據現場采集的電流、轉矩數據，動態調節負荷分配系數，完成負荷分配功能。計算平均負荷轉矩方法如下列公式所示[1]。 plc根據平均期望轉矩m和實際轉矩mli比較進行調節。 在半干壓上下棍和卷取部采用張力控制。通過張力反饋信號，自動進行恒張力控制。張力傳感器采用abb壓迫式（枕式）張力傳感器。s7-400plc和op27操作屏，通過profibus-dp總線相連，op27通過dp總線得到plc采集的數據信息，并將指令、數據信息經dp總線傳輸給plc，由s7-400plc動態調節各分部傳動性能和各分部恒張力控制，進行實時監控。 輔助s7-200plc，作為s7-400plc的從站，與主站配合完成自動換卷功能。這種分散式dcs控制系統，簡化系統結構，保證系統的可靠性。另一臺plc安裝在壓榨部操作臺，通過em277與主plc組成dp網，完成電氣一體化輔助控制。控制各種連鎖、保護控制功能。 4.3 變頻器控制功能 本系統采用abb公司的acs600和acs800系列直接轉矩控制（dtc）變頻器，配有光電編碼器速度反饋，構成速度閉環控制系統。每臺變頻器配有一個npba-12，可和profibus-dp網絡連接，與plc和操作屏通訊，接受來自現場操作屏的指令信息，動態調整電機運行狀態。 5 結束語 自調試完成到現在紙機已正常生產兩個月，系統運行正常，profibus-dp網絡穩定無故障。主站s7-400plc與從站正常通訊，并和上位優化控制系統通訊良好，同時和dcs控制系統、qcs控制系統正常通訊。可通過現場操作屏對紙機進行控制，在任意一操作屏上都能修改全局參數，避免操作人員往返于各個操作臺之間。系統響應速度快，精度高。很好發揮了profibus-dp網絡的優越性能，得到用戶的肯定。 參考文獻 [1] 孟彥京. 造紙機變頻傳動原理與設計. 西安:陜西人民出版社,2002. [2] 陽憲惠. 現場總線技術及其應用. 北京:清華大學出版社,1999.