专利名称：化纤纺丝和干燥生产现场总线分布式控制系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种总线分布式控制系统，特别涉及一种化纤纺丝和干燥生产自动化现场总线分布式控制系统。
背景技术：
目前，在国内、外被大多数化纤生产企业所采用的自动化控制系统均为集散式控制系统(以下简称DCS)。集散式控制系统弥补了传统的集中式控制系统的缺陷，实现了集中控制、分散处理。这种系统在功能、性能上较集中式控制系统有了很大进步，实现了控制室与DCS控制站之间的网络通信。但是，集散式控制系统只能解决现场每个生产单元的信号采集和控制，而不能解决车间中不同生产单元之间的信息传送与控制，更无法解决控制现场级信息向车间级管理系统信息的双向传输。在DCS系统的形成过程中，由于受早期计算机存在的系统问题的影响，DCS系统在使用功能和运行性能上，存在诸多的不足，已经给现代工业生产带来许多不利的影响。概括起来有以下几点1、DCS系统采用一对一的设备连线，按控制回路分别进行连接。亦即，位于现场的传感器、执行器与DCS控制站之间仍然是一个信号一根电缆的传输方式，电缆数量很多。
2、由于采用一对一方式的物理连接，存在众多的电缆，信号传送过程中的干扰问题就会变得非常突出。
3、在DCS控制系统中，通信是由专用网络的封闭系统来实现。由于其基于封闭、专用的解决方案是非公开和非标准化的，各厂商的产品自成系统，难以实现不同系统间的互操作。
4、处于生产过程底层的测控系统DCS，用电压、电流的模拟信号进行测量控制，DCS系统具有模拟数字混合的系统特征，系统中需要模拟/数字、数字/模拟转换部件。因此该系统结构复杂、硬件设备投资大、安装和维护费用高。
5、DCS系统采用自封闭式的集散系统，系统是以单元生产设备为核心进行检测与控制，生产设备之间形成“自动化孤岛效应”。这种“自动化孤岛效应”式的单机自动化，缺乏信息资源的共享和生产过程的统一管理，无法与外界实现信息交换，更无法实现异地远程自动控制和信息的远程传送。
发明内容
本实用新型克服了集散式控制系统中用于传输信号的电缆数量多，干扰问题严重，不同控制系统间不兼容，系统结构复杂的缺点，提供了一种具有较强的实时性，实现了不同系统间的兼容和现场信息的资源共享的控制系统。
本实用新型是通过以下方案予以实现的。
本实用新型包括现场级网络系统5、车间级网络系统1，两系统之间通过以太网6连接。以太网6可采用冗余的100Mbps高速工业以太网。车间级网络系统1包括网络通讯站2、工程师站3、操作员站4，三站之间通过以太网6连接。现场级网络系统5包括生产过程逻辑判断和数据采集层、设备运行操作层。生产过程逻辑判断和数据采集层由分布式过程控制站7构成；设备运行操作层由分布式过程控制从站8构成。网络通讯站2、工程师站3、操作员站4等组成中央监控管理层，将来自现场控制层的信息置入实时数据库，进行用户画面和标准画面的集中显示、报警管理和记录打印等，并且完成过程控制的参数调整与操作、面向对象的操作控制及在线诊断显示等工作。工程师站3的主要功能包括对系统进行各种组态；向各站下载数据库和应用软件；对系统的维护操作；同时兼有操作员站的功能。操作员站4之间互为备冗，主要完成用户画面和标准画面的显示；过程控制的参数调整与操作；面向对象的操作控制；报警管理；记录打印；定位到系统板级的在线诊断显示等。同时还要完成事件顺序和跳闸记录以及操作员操作记录；制作标准、临时和事故追忆报表；提供直观的计算公式输入界面，完成用户特定的计算任务，支持用户进行应用扩展，并可实现自由检索。网络通讯站2具有网络管理、运行应用程序、处理网络工作站各成员的信息请示等功能，并连接相应外部设备如打印机、CD-ROM、调制解调器等等。分布式过程控制站7完成生产过程逻辑判断和数据采集。分布式过程控制从站8完成设备运行操作功能及数据采集。
本实用新型是在一个主控程序的控制下来进行工作的。系统通电后，自动将程序及网络进行初始化，读取操作员站发送的操作指令和生产工艺参数以及现场网络级采集的设备运行状态信号。在启动完成后，系统不断地循环调用主控程序，主控程序则按照程序的预先设定，调用其它子程序，来完成按照工艺流程系统制定的过程控制。
本实用新型的有益效果为在生产现场和微机化测量控制设备之间实现双向、串行、多节点的数字通信，也可称为开放式、数字化、多点通信的底层控制网络。车间级网络系统介于企业级和现场级之间，主要任务是解决车间内各需要协调工作的不同工艺段之间通讯，由于该网络段高速传送大量的信息数据和少量的控制数据，并且要求具有较强的实时性。大大地减少了现场信号电缆的数量，从而减少了信号之间的相互干扰，实现了不同系统间的兼容和现场信息的资源共享。
图1是本实用新型的结构图图2是本实用新型纺丝分布式过程控制站的配置图图3是本实用新型干燥分布式过程控制站的配置图图4是纺丝主控程序流程图图5是干燥主控程序流程图图6是PLC与变频器通讯框图具体实施例
以下结合附图与具体实施方式
对本实用新型作进一步描述本实用新型车间级网络系统1中的网络通讯站2、工程师站3、操作员站4可选用工控机。以太网具有冗余管理功能，可选用具有冗余管理功能的工业以太网交换机组成冗余环网，这样一旦作为冗余管理器的交换机检测到网路中断将重新构建整个网络，将网络切换到备用通道。
现场级网络系统5包括生产过程逻辑判断和数据采集层、设备运行操作层。生产过程逻辑判断和数据采集层包括分布式过程控制站7；设备运行操作层包括分布式过程控制从站8，其中可包含变频器、电气控制柜、现场I/O及现场设备。
在作为服务器、工程师站、操作员站的工控机中安装Window NT4.0版，21英寸工业显示器。分布式过程控制站7采用西门子S7-300 PLC。分布式过程控制从站为ET200分布式I/O模块。变频器均采用西门子变频器。
实施例1纺丝总线分布式控制系统现场总线分布式控制系统为纺丝生产线自动化控制系统，此时该系统分布式过程控制站7采用了一台西门子S7-300 PLC。模拟量输出模块对挤压机各个套筒加热区温度及联苯炉汽相温度进行调节；数字量输出模块对挤压机变频器和电机、计量泵变频器和若干个位的电机、油剂泵变频器和若干个位的电机、挤压机各个套筒电加热器、联苯炉的基本加热和控制加热等的启动/停止进行控制，同时由数字量输入模块将其运行状态信号采集后，传送回系统；数字量输入/输出模块用于报警及故障检测。
分布式过程控制从站8采用现场智能ET200分布式I/O模块，通过PROFIBUS现场总线与CPU完成数据高速传输，现场模拟量输入模块对挤压机各个套筒加热区温度、纺丝箱体和热媒系统温度、熔体过滤器和组件的压力等对象进行检测；现场数字量输入模块对挤压机及计量泵启动/停止进行控制。ET200作为从站，通过PROFIBUS接口模块与CPU完成现场数据的传输。
通过PROFIBUS现场总线控制挤压机电机、计量泵及油剂泵传动变频器，同时系统通过PROFIBUS现场总线分别对它们的电流、电压及输出频率进行采集，其结果均可在操作员站上显示。
实施例2干燥总线分布式控制系统现场总线分布式控制系统为化纤干燥自动化控制系统，此时该系统分布式过程控制站7采用了一台西门子S7-300 PLC。数字量输出模块对结晶风机电机、回转阀电机、脉冲电机、结晶和干燥电加热器等的启动/停止进行控制，同时由数字量输入模块将其运行状态信号采集后，传送回系统；数字量输入/输出模块用于报警及故障检测。
分布式过程控制从站采用现场智能ET200分布式I/O模块，通过PROFIBUS现场总线与CPU完成数据高速传输，现场模拟量输入模块对结晶和干燥电加热器温度、干燥空气压力及湿度等对象进行检测；现场数字量输入模块对结晶风机电机、回转阀电机、脉冲电机等的启动/停止进行控制；同时，由数字量输入模块对干燥除湿机的运行状态、结晶和干燥电加热器的过热保护、干燥塔切片物位和湿切片储罐物位进行监测。ET200作为从站，通过PROFIBUS接口模块与CPU完成现场数据的传输。
以上两个系统是在一个主控程序的控制下来完成按照工艺流程系统制定的过程控制。系统通电后，自动将程序及网络进行初始化，读取操作员站发送的操作指令和生产工艺参数以及现场网络级采集的设备运行状态信号。在启动完成后，系统不断地循环调用主控程序，主控程序则按照程序的预先设定，调用其它子程序，来完成按照工艺流程系统制定的过程控制。
分布式过程控制站7与分布式过程控制从站之间用PROFIBUS网络连线连接以实现它们之间的通讯，通讯可以设定变频器的频率，读取变频器的运行频率、电流和电压。在进行硬件组态时，根据确定的PROFIBUS通讯的PPO通讯类型，分别生成挤压机电机数据块(DB10)、计量泵电机数据块(DB11)、和油剂泵电机数据块(DB12)。西门子变频器的50Hz对应的频率代表值为16384，根据设定的频率，换算成相对应的频率代表值、命令字、控制字等，送入通讯用的数据块中，通过对S7-300 PLC提供的功能FC10、FC11、FC12进行编程，在OB100中调用功能FC10对PROFIBUS通讯进行初始化(见图六)。调用功能块FC11对变频器进行频率设定，调用功能块FC12读取变频器的运行频率代表值、电流和电压。频率代表值换算成相对应的频率。通过操作员站和设于生产现场的HMI触摸屏与PLC进行数据交换，就可以在操作员站和HMI触摸屏上修改变频器的设定频率，在操作员站和HMI触摸屏上显示变频器的运行频率、电压和电流等参数。PLC通过工业以太网与操作员站工控机进行通讯，操作员站提供友好的人机操作界面。人机界面以简洁、动感、清晰的风格组态各个操作画面，画面上准确明了地以图形方式表示出当前生产线设备工况，如停止、运行、速度和故障等信息并以不同颜色、图形和文字表示。通过界面上的操作，可对计量泵、油剂泵的速度进行设定和修改；实现系统的工艺参数设置、运行控制、工况显示、报警显示、运行和报警数据记录和查询、打印等功能。
权利要求1.一种化纤纺丝和干燥生产现场总线分布式控制系统，包括现场级网络系统(5)、车间级网络系统(1)，其特征在于现场级网络系统(5)与车间级网络系统(1)之间设置有采用冗余的高速工业以太网(6)，所述车间级网络系统(1)包括通过以太网(6)连接起来的网络通讯站(2)、工程师站(3)、操作员站(4)，现场级网络系统(5)由分布式控制站(7)和分布式控制从站(8)构成，二者之间设置有PROFIBUS网络信号线，实现信息传送。
2.根据权利要求1所述的一种化纤纺丝和干燥生产现场总线分布式控制系统，其特征在于所述的以太网(6)为冗余100MbPs的高速工业以太网。
3.根据权利要求1所述的一种化纤纺丝和干燥生产现场总线分布式控制系统，其特征在于所述的分布式过程控制站为一台西门子S7-300PLC。
4.根据权利要求1所述的一种化纤纺丝和干燥生产现场总线分布式控制系统，其特征在于所述的网络通讯站(2)、工程师站(3)、操作员站(4)是工控机。
专利摘要本实用新型为一种化纤纺丝和干燥生产现场总线分布式控制系统，它克服了集散式控制系统中用于传输信号的电缆数量多，干扰问题严重，不同控制系统间不兼容，系统结构复杂的缺点。它包括现场级网络系统(5)、车间级网络系统(1)，两系统之间通过以太网(6)连接。以太网(6)采用冗余的高速工业以太网。车间级网络系统(1)包括网络通讯站(2)、工程师站(3)、操作员站(4)，三站之间通过以太网(6)连接。现场级网络系统(5)包括生产过程逻辑判断和数据采集层、设备运行操作层。该系统提供了一种具有较强的实时性，大大地减少了现场信号电缆的数量，从而减少了信号之间的相互干扰，实现了不同系统间的兼容和现场信息的资源共享。
文档编号G05B19/418GK2916718SQ20062002377
公开日2007年6月27日 申请日期2006年3月15日 优先权日2006年3月15日
发明者侯永红, 谭旭, 刘洪波, 苏泽龙, 许志强 申请人:侯永红