摘要：本文介紹了西門子 S7-400H 冗余系統(tǒng)在化纖紡絲系統(tǒng)中的配置方案，工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)及WINCC在監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用。 關(guān)鍵詞：S7-400H 工業(yè)以太環(huán)網(wǎng) WINCC 1、概述 洛陽(yáng)實(shí)華化纖廠新上的三條滌綸短纖維生產(chǎn)線，設(shè)計(jì)規(guī)模為年產(chǎn)五萬(wàn)/條。每條滌綸短纖維生產(chǎn)線主要包括聯(lián)苯鍋爐加熱系統(tǒng)，熔體輸送系統(tǒng)，紡絲計(jì)量泵系統(tǒng)，七輥卷繞系統(tǒng)，氣流輸送盛絲桶往復(fù)機(jī)伺服系統(tǒng)以及后加工處理生產(chǎn)線。 在大容量滌綸紡絲生產(chǎn)線中，聚合系統(tǒng)啟動(dòng)運(yùn)行時(shí)，將源源不斷的聚合物---熔體直接送至紡絲部分，紡絲部分計(jì)量泵系統(tǒng)將聚合系統(tǒng)輸送過(guò)來(lái)的熔體原料經(jīng)過(guò)計(jì)量泵,擠出合格原絲送到卷繞系統(tǒng)，整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)必須安全可靠，質(zhì)量必須滿足用戶要求，其控制系統(tǒng)也必須可靠，先進(jìn)，實(shí)現(xiàn)紡絲生產(chǎn)不停機(jī)（除檢修外），盡量減少?gòu)U絲量。由于生產(chǎn)大容量大，系統(tǒng)分布多，如果哪個(gè)系統(tǒng)發(fā)生故障將造成巨大損失。為了防止系統(tǒng)發(fā)生故障將造成巨大損失，減少系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)維護(hù)人員，洛陽(yáng)實(shí)華化纖廠新上的三條滌綸短纖維生產(chǎn)線前紡控制系統(tǒng)采用冗余系統(tǒng)設(shè)計(jì)。 2、工藝簡(jiǎn)介及系統(tǒng)控制內(nèi)容 熔體直接紡大容量滌綸紡絲生產(chǎn)線的工藝流程：熔體增壓泵---熔體輸送管---紡絲箱體---計(jì)量泵---中心內(nèi)環(huán)吹裝置---卷繞機(jī)---牽引機(jī)---喂入機(jī)---盛絲桶往復(fù)機(jī)。本聯(lián)合機(jī)分三條線，每條線含6個(gè)紡絲箱，36個(gè)紡絲位，每個(gè)紡絲位配置一臺(tái)高精度的計(jì)量泵，共計(jì)108個(gè)紡絲位。熔體經(jīng)過(guò)增壓泵增壓后由熔體輸送管直接將熔體輸送至紡絲箱，經(jīng)計(jì)量泵計(jì)量后由噴絲板噴出，通過(guò)中心內(nèi)環(huán)吹裝置，受空氣冷卻固化后進(jìn)入卷繞機(jī)，各紡絲位絲束經(jīng)過(guò)上油裝置后進(jìn)入牽引機(jī)，再由喂入機(jī)送入盛絲桶往復(fù)機(jī)。 紡絲系統(tǒng)主要包括：聯(lián)苯鍋爐加熱系統(tǒng)，熔體輸送系統(tǒng)，紡絲計(jì)量泵系統(tǒng)，七輥卷繞系統(tǒng)，氣流輸送盛絲桶往復(fù)機(jī)伺服系統(tǒng)。 2．1聯(lián)苯鍋爐加熱系統(tǒng) 聯(lián)苯鍋爐加熱系統(tǒng)提供熔體輸送過(guò)程及紡絲過(guò)程熱量，保證工藝要求的需要。 2．2熔體輸送系統(tǒng) 通過(guò)增壓泵增壓后，直接將熔體輸送至紡絲箱紡絲。 2．3紡絲計(jì)量泵系統(tǒng) 將熔體原料經(jīng)過(guò)計(jì)量泵后由噴絲板噴出，通過(guò)中心內(nèi)環(huán)吹裝置，受空氣冷卻固化形成合格原絲。 2．4七輥卷繞系統(tǒng) 按工藝要求，將合格原絲進(jìn)行預(yù)處理。 2．5氣流輸送盛絲桶往復(fù)機(jī)伺服系統(tǒng) 將卷繞系統(tǒng)送出來(lái)的絲束通過(guò)氣流輸送，源源不斷的送入盛絲桶中，為絲的后加工處理生產(chǎn)做好準(zhǔn)備。 3、系統(tǒng)設(shè)計(jì) 根據(jù)工藝要求，遵循集中管理、分散控制、安全可靠、技術(shù)先進(jìn)的理念，設(shè)計(jì)了由計(jì)算機(jī)、S7-400H冗余PLC、現(xiàn)場(chǎng)儀表組成的多級(jí)的、開放的、模塊化的、實(shí)時(shí)多任務(wù)的集散型的數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控系統(tǒng)。該計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)由管理層和控制層兩部分組成，控制層由集中控制站S7-400H，六套分布式遠(yuǎn)程I/O站支持熱插拔，一套S7-300控制站及若干S7-200站組成，管理層由WINCC組態(tài)軟件，工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)組成，實(shí)現(xiàn)紡絲系統(tǒng)全廠設(shè)備及生產(chǎn)數(shù)據(jù)的集中管理，分散控制。 系統(tǒng)中每條紡絲線通過(guò)36臺(tái)變頻器控制36臺(tái)計(jì)量泵，變頻器選用西門子MM440產(chǎn)品，采用PROFIBUS-DP總線，通過(guò)Y-LINK聯(lián)到CPU414-4H冗余的PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)。變頻器可以本地控制，也可以通訊控制，通過(guò)一個(gè)轉(zhuǎn)換旋鈕聯(lián)到變頻器輸入端，利用西門子變頻器的BICO功能進(jìn)行控制功能切換。對(duì)單臺(tái)（單個(gè)）紡絲位而言，在通訊設(shè)定失敗后，可以采用本地面板操作方式。 單個(gè)的七輥卷繞及氣流輸送盛絲桶往復(fù)機(jī)伺服系統(tǒng)由一臺(tái)S7-300 PLC控制， 圖1洛陽(yáng)實(shí)華前紡生產(chǎn)線姿控系統(tǒng)圖 由于卷繞出來(lái)的絲源源不斷送往盛絲桶，故氣流輸送盛絲桶往復(fù)機(jī)采用西門子運(yùn)動(dòng)伺服系統(tǒng)，且備用一套。該控制部分通過(guò)一個(gè)CP342-5通訊處理模塊聯(lián)至Y-LINK，通過(guò)Y-LINK聯(lián)到CPU414-4H冗余的PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)。 根據(jù)“集中管理，分散控制”的原則設(shè)計(jì)。將CP443-1工業(yè)以太網(wǎng)模板、安裝有CP1613卡的研華工控機(jī)聯(lián)至ESM， 通過(guò)S7-REDCONNECT軟件支持冗余切換。 運(yùn)行人員在操作員站上可以對(duì)三條紡絲生產(chǎn)線工藝流程進(jìn)行模擬圖形顯示、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)監(jiān)控，完成控制目標(biāo)值設(shè)定、報(bào)警顯示記錄、操作狀態(tài)記錄、趨勢(shì)曲線繪制、打印制表等功能。實(shí)現(xiàn)液態(tài)聯(lián)苯提升泵、油劑循環(huán)泵、熔體增壓泵等設(shè)備遠(yuǎn)程控制?，F(xiàn)場(chǎng)分布式I/O站，采集不同部分的模擬量、數(shù)字量等信號(hào)。 考慮到紡絲系統(tǒng)高可靠性運(yùn)行的重要性，因此在控制層無(wú)論是網(wǎng)絡(luò)還是控制設(shè)備軟件均采用冗余結(jié)構(gòu)，控制層網(wǎng)絡(luò)采用雙電氣冗余結(jié)構(gòu)；單條線主控級(jí)主站采用西門子冗余CPU414-4H PLC，配置2塊工業(yè)以太網(wǎng)模塊，CPU模塊之間通過(guò)光電轉(zhuǎn)換模塊和光纖連接，當(dāng)1個(gè)CPU模塊斷電或其它故障原因停止運(yùn)行時(shí)，馬上自動(dòng)轉(zhuǎn)至另1個(gè)CPU模塊運(yùn)行。同時(shí)，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)，無(wú)論操作員站或網(wǎng)絡(luò)任意一臺(tái)設(shè)備或元件出現(xiàn)故障，系統(tǒng)均可自動(dòng)切換到其它網(wǎng)絡(luò)通道上繼續(xù)運(yùn)行，整個(gè)切換過(guò)程時(shí)間小于0.3S，可以保證不影響正常生產(chǎn)。 該計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)采用工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)、控制總線組成的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)體系，如圖1所示. 4、冗余系統(tǒng)配置 單元PLC硬件配置，如圖2所示： 單條線含一套CPU414-4H，六套IM153-2，帶有源底板，支持熱插拔。每18個(gè)位變頻器通過(guò)Y-LINK聯(lián)到冗余PROFIBUS-DP網(wǎng)；牽引、往復(fù)單元機(jī)同樣通過(guò)Y-LINK聯(lián)到PROFIBUS-DP網(wǎng)。 5、WINCC界面 紡絲、卷繞部分的PLC通過(guò)Y-LINK聯(lián)到冗余PROFIBUS總線；上位機(jī)提供友好的人機(jī)操作界面。人機(jī)界面以簡(jiǎn)潔、清晰的風(fēng)格組態(tài)各個(gè)操作畫面，畫面上準(zhǔn)確明了地以圖形方式表示出當(dāng)前生產(chǎn)線設(shè)備工況，如停止、運(yùn)行、速度和故障等信息并以不同顏色、圖形和文字表示。通過(guò)界面上的操作，可對(duì)計(jì)量泵、牽引輥、導(dǎo)絲輥、喂入機(jī)及盛絲桶往復(fù)機(jī)的速度進(jìn)行設(shè)定和修改；可對(duì)卷繞油劑泵的速度進(jìn)行設(shè)定和修改；牽引、喂入機(jī)系統(tǒng)設(shè)置中速和工藝速二檔速度。實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的工藝參數(shù)設(shè)置、運(yùn)行控制、工況顯示、報(bào)警顯示、運(yùn)行和報(bào)警數(shù)據(jù)記錄和查詢、打印等功能。 6、結(jié)束語(yǔ) 在項(xiàng)目進(jìn)行和調(diào)試過(guò)程中，西門子產(chǎn)品的優(yōu)異性能得到美方認(rèn)同，該控制系統(tǒng)已經(jīng)過(guò)美國(guó)康泰斯公司的出廠驗(yàn)收，認(rèn)為在大容量滌綸短纖維紡絲生產(chǎn)線電氣自動(dòng)控制系統(tǒng)具有以下主要特點(diǎn)： 1、采用基于現(xiàn)場(chǎng)總線的控制系統(tǒng)，系統(tǒng)高度穩(wěn)定可靠，有很強(qiáng)的抗干擾能力； 2、開放式的總線，容納第三方設(shè)備； 3、變頻調(diào)速采用高精度的Siemens 變頻傳動(dòng)系統(tǒng)； 4、實(shí)現(xiàn)全數(shù)字化、全現(xiàn)場(chǎng)化控制； 5、設(shè)備集中監(jiān)控、友好的人機(jī)界面； 6、可以實(shí)現(xiàn)車間和工廠級(jí)的信息化管理，向信息系統(tǒng)自動(dòng)提供實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)； 這種基于現(xiàn)場(chǎng)總線的分布式控制系統(tǒng)，減少了現(xiàn)場(chǎng)布線工作量和維護(hù)工作量、規(guī)范了軟件程序的編制、同時(shí)系統(tǒng)具有易于擴(kuò)展并對(duì)整個(gè)生產(chǎn)線的工藝參數(shù)進(jìn)行集中管理的優(yōu)點(diǎn)?？傊?，該類型控制系統(tǒng)在滌綸紡絲生產(chǎn)線中的應(yīng)用降低了系統(tǒng)設(shè)計(jì)、制造、安裝、維護(hù)的成本，并提高了系統(tǒng)的控制精度和系統(tǒng)的可靠性。在大容量的類似控制系統(tǒng)中，已應(yīng)用到相應(yīng)的出口產(chǎn)品生產(chǎn)線上，得到外商的認(rèn)同。 參考文獻(xiàn) [1] SIMATIC S7-400 冗余系統(tǒng)手冊(cè) [2] SIMATIC NET通訊 [3] Wincc V6 使用手冊(cè) [4] SIMATIC Profibus-DP通訊