摘要：本文介紹了西門子 S7-400H 冗余系統在化纖紡絲系統中的配置方案，工業以太環網及WINCC在監控系統中的應用。 關鍵詞：S7-400H 工業以太環網 WINCC 1、概述 洛陽實華化纖廠新上的三條滌綸短纖維生產線，設計規模為年產五萬/條。每條滌綸短纖維生產線主要包括聯苯鍋爐加熱系統，熔體輸送系統，紡絲計量泵系統，七輥卷繞系統，氣流輸送盛絲桶往復機伺服系統以及后加工處理生產線。 在大容量滌綸紡絲生產線中，聚合系統啟動運行時，將源源不斷的聚合物---熔體直接送至紡絲部分，紡絲部分計量泵系統將聚合系統輸送過來的熔體原料經過計量泵,擠出合格原絲送到卷繞系統，整個系統的設計必須安全可靠，質量必須滿足用戶要求，其控制系統也必須可靠，先進，實現紡絲生產不停機（除檢修外），盡量減少廢絲量。由于生產大容量大，系統分布多，如果哪個系統發生故障將造成巨大損失。為了防止系統發生故障將造成巨大損失，減少系統運轉維護人員，洛陽實華化纖廠新上的三條滌綸短纖維生產線前紡控制系統采用冗余系統設計。 2、工藝簡介及系統控制內容 熔體直接紡大容量滌綸紡絲生產線的工藝流程：熔體增壓泵---熔體輸送管---紡絲箱體---計量泵---中心內環吹裝置---卷繞機---牽引機---喂入機---盛絲桶往復機。本聯合機分三條線，每條線含6個紡絲箱，36個紡絲位，每個紡絲位配置一臺高精度的計量泵，共計108個紡絲位。熔體經過增壓泵增壓后由熔體輸送管直接將熔體輸送至紡絲箱，經計量泵計量后由噴絲板噴出，通過中心內環吹裝置，受空氣冷卻固化后進入卷繞機，各紡絲位絲束經過上油裝置后進入牽引機，再由喂入機送入盛絲桶往復機。 紡絲系統主要包括：聯苯鍋爐加熱系統，熔體輸送系統，紡絲計量泵系統，七輥卷繞系統，氣流輸送盛絲桶往復機伺服系統。 2．1聯苯鍋爐加熱系統 聯苯鍋爐加熱系統提供熔體輸送過程及紡絲過程熱量，保證工藝要求的需要。 2．2熔體輸送系統 通過增壓泵增壓后，直接將熔體輸送至紡絲箱紡絲。 2．3紡絲計量泵系統 將熔體原料經過計量泵后由噴絲板噴出，通過中心內環吹裝置，受空氣冷卻固化形成合格原絲。 2．4七輥卷繞系統 按工藝要求，將合格原絲進行預處理。 2．5氣流輸送盛絲桶往復機伺服系統 將卷繞系統送出來的絲束通過氣流輸送，源源不斷的送入盛絲桶中，為絲的后加工處理生產做好準備。 3、系統設計 根據工藝要求，遵循集中管理、分散控制、安全可靠、技術先進的理念，設計了由計算機、S7-400H冗余PLC、現場儀表組成的多級的、開放的、模塊化的、實時多任務的集散型的數據采集和監控系統。該計算機監控系統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組態軟件，工業以太環網組成，實現紡絲系統全廠設備及生產數據的集中管理，分散控制。 系統中每條紡絲線通過36臺變頻器控制36臺計量泵，變頻器選用西門子MM440產品，采用PROFIBUS-DP總線，通過Y-LINK聯到CPU414-4H冗余的PROFIBUS-DP網絡。變頻器可以本地控制，也可以通訊控制，通過一個轉換旋鈕聯到變頻器輸入端，利用西門子變頻器的BICO功能進行控制功能切換。對單臺（單個）紡絲位而言，在通訊設定失敗后，可以采用本地面板操作方式。 單個的七輥卷繞及氣流輸送盛絲桶往復機伺服系統由一臺S7-300 PLC控制， 圖1洛陽實華前紡生產線姿控系統圖 由于卷繞出來的絲源源不斷送往盛絲桶，故氣流輸送盛絲桶往復機采用西門子運動伺服系統，且備用一套。該控制部分通過一個CP342-5通訊處理模塊聯至Y-LINK，通過Y-LINK聯到CPU414-4H冗余的PROFIBUS-DP網絡。 根據“集中管理，分散控制”的原則設計。將CP443-1工業以太網模板、安裝有CP1613卡的研華工控機聯至ESM， 通過S7-REDCONNECT軟件支持冗余切換。 運行人員在操作員站上可以對三條紡絲生產線工藝流程進行模擬圖形顯示、實時數據監控，完成控制目標值設定、報警顯示記錄、操作狀態記錄、趨勢曲線繪制、打印制表等功能。實現液態聯苯提升泵、油劑循環泵、熔體增壓泵等設備遠程控制。現場分布式I/O站，采集不同部分的模擬量、數字量等信號。 考慮到紡絲系統高可靠性運行的重要性，因此在控制層無論是網絡還是控制設備軟件均采用冗余結構，控制層網絡采用雙電氣冗余結構；單條線主控級主站采用西門子冗余CPU414-4H PLC，配置2塊工業以太網模塊，CPU模塊之間通過光電轉換模塊和光纖連接，當1個CPU模塊斷電或其它故障原因停止運行時，馬上自動轉至另1個CPU模塊運行。同時，對整個系統，無論操作員站或網絡任意一臺設備或元件出現故障，系統均可自動切換到其它網絡通道上繼續運行，整個切換過程時間小于0.3S，可以保證不影響正常生產。 該計算機監控系統采用工業以太環網、控制總線組成的系統結構體系，如圖1所示. 4、冗余系統配置 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個位變頻器通過Y-LINK聯到冗余PROFIBUS-DP網；牽引、往復單元機同樣通過Y-LINK聯到PROFIBUS-DP網。 5、WINCC界面 紡絲、卷繞部分的PLC通過Y-LINK聯到冗余PROFIBUS總線；上位機提供友好的人機操作界面。人機界面以簡潔、清晰的風格組態各個操作畫面，畫面上準確明了地以圖形方式表示出當前生產線設備工況，如停止、運行、速度和故障等信息并以不同顏色、圖形和文字表示。通過界面上的操作，可對計量泵、牽引輥、導絲輥、喂入機及盛絲桶往復機的速度進行設定和修改；可對卷繞油劑泵的速度進行設定和修改；牽引、喂入機系統設置中速和工藝速二檔速度。實現系統的工藝參數設置、運行控制、工況顯示、報警顯示、運行和報警數據記錄和查詢、打印等功能。 6、結束語 在項目進行和調試過程中，西門子產品的優異性能得到美方認同，該控制系統已經過美國康泰斯公司的出廠驗收，認為在大容量滌綸短纖維紡絲生產線電氣自動控制系統具有以下主要特點： 1、采用基于現場總線的控制系統，系統高度穩定可靠，有很強的抗干擾能力； 2、開放式的總線，容納第三方設備； 3、變頻調速采用高精度的Siemens 變頻傳動系統； 4、實現全數字化、全現場化控制； 5、設備集中監控、友好的人機界面； 6、可以實現車間和工廠級的信息化管理，向信息系統自動提供實時數據； 這種基于現場總線的分布式控制系統，減少了現場布線工作量和維護工作量、規范了軟件程序的編制、同時系統具有易于擴展并對整個生產線的工藝參數進行集中管理的優點。總之，該類型控制系統在滌綸紡絲生產線中的應用降低了系統設計、制造、安裝、維護的成本，并提高了系統的控制精度和系統的可靠性。在大容量的類似控制系統中，已應用到相應的出口產品生產線上，得到外商的認同。 參考文獻 [1] SIMATIC S7-400 冗余系統手冊 [2] SIMATIC NET通訊 [3] Wincc V6 使用手冊 [4] SIMATIC Profibus-DP通訊