陳棟 薛學(xué)

北京中紡精業(yè)機(jī)電設(shè)備有限公司 北京 100025

應(yīng)用RPM系列模塊的新型化纖紡絲上位機(jī)系統(tǒng)研究

陳棟 薛學(xué)

北京中紡精業(yè)機(jī)電設(shè)備有限公司 北京 100025

本文介紹了應(yīng)用我公司自主開發(fā)的RPM系列模塊的新型化纖紡絲上位機(jī)系統(tǒng)，本系統(tǒng)采用分布式通訊，通過RPM400、RPM420、RPM600等通訊模塊將多種化纖紡絲設(shè)備連接到化纖紡絲上位機(jī)。新型化纖紡絲上位機(jī)系統(tǒng)通訊速度快，通訊負(fù)載能力大幅提高，抗干擾性能增強(qiáng)，提供了一種高效穩(wěn)定的新型化纖紡絲通訊系統(tǒng)，有利于化纖紡絲上位機(jī)管理系統(tǒng)的推廣應(yīng)用。

RPM模塊 化纖紡絲上位機(jī) 分布式通訊

1 引言

化纖紡絲上位機(jī)系統(tǒng)是化纖紡絲生產(chǎn)過程中的重要設(shè)備，其功能是對紡絲設(shè)備進(jìn)行紡絲工藝參數(shù)設(shè)定、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)監(jiān)控和生產(chǎn)數(shù)據(jù)報(bào)表管理。在傳統(tǒng)化纖紡絲上位機(jī)系統(tǒng)中，上位機(jī)與化纖紡絲設(shè)備之間直接進(jìn)行串行通訊，上位機(jī)通訊負(fù)載能力較弱，單臺上位機(jī)所監(jiān)控的紡絲位數(shù)有限，廠家投入成本較高。同時(shí)，由于同一通訊接口的設(shè)備連接較多，通訊速度較慢，不能滿足快速采集大量數(shù)據(jù)的要求，而且容易受到電磁干擾，常常導(dǎo)致通訊不穩(wěn)定。因此，開發(fā)一種新型化纖紡絲上位機(jī)系統(tǒng)，增強(qiáng)系統(tǒng)通訊的可靠性、提高數(shù)據(jù)采集效率是很有必要的。本文將介紹應(yīng)用我公司自主開發(fā)的RPM系列模塊的化纖紡絲上位機(jī)系統(tǒng)，克服了傳統(tǒng)上位機(jī)系統(tǒng)弊端，是一種穩(wěn)定可靠、通訊高效的新型化纖紡絲上位機(jī)系統(tǒng)。

2 系統(tǒng)工作原理

本文介紹的應(yīng)用RPM系列通訊模塊的新型化纖紡絲上位機(jī)系統(tǒng)，主要由化纖紡絲上位機(jī)、應(yīng)用RPM400模塊的熱輥導(dǎo)盤拖動(dòng)柜、應(yīng)用RPM400模塊的計(jì)量泵油輪控制柜、應(yīng)用FSD3000顯示設(shè)定板的熱輥溫控柜、應(yīng)用RPM420模塊的卷繞機(jī)控制柜和應(yīng)用RPM600模塊的I/O控制柜等組成。本系統(tǒng)采用分布式通訊，化纖紡絲上位機(jī)分別與RPM400模塊、FSD3000設(shè)定板、RPM420模塊和RPM600模塊連接通訊，RPM系列模塊與各種紡絲設(shè)備連接通訊，從而實(shí)現(xiàn)化纖紡絲工藝數(shù)據(jù)設(shè)定與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集。本系統(tǒng)通訊結(jié)構(gòu)原理圖如圖1所示。

在化纖紡絲生產(chǎn)過程中，RPM系列模塊實(shí)時(shí)掃描紡絲設(shè)備的工藝數(shù)據(jù)和運(yùn)行狀態(tài)。當(dāng)接收到上位機(jī)發(fā)出的數(shù)據(jù)采集指令時(shí)，RPM模塊將各種紡絲設(shè)備的數(shù)據(jù)和狀態(tài)上傳；當(dāng)接收到上位機(jī)的參數(shù)設(shè)定指令時(shí)，RPM模塊將紡絲工藝參數(shù)下達(dá)給所連接的紡絲設(shè)備。RPM400模塊轉(zhuǎn)發(fā)上位機(jī)發(fā)送的設(shè)定數(shù)據(jù)給變頻器，用于控制熱輥轉(zhuǎn)速和加速時(shí)間、計(jì)量泵流量、油輪速度等工藝參數(shù)，并采集變頻器實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳送給上位機(jī)。FSD3000設(shè)定板轉(zhuǎn)發(fā)上位機(jī)發(fā)送的設(shè)定數(shù)據(jù)給溫控板，用于控制熱輥溫度，并采集溫控板實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳送給上位機(jī)。RPM420模塊轉(zhuǎn)發(fā)上位機(jī)發(fā)送的設(shè)定數(shù)據(jù)給PLC，用于控制卷繞機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，并采集PLC實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳送給上位機(jī)。RPM600模塊采集化纖紡絲現(xiàn)場開關(guān)量狀態(tài)傳送給上位機(jī)，轉(zhuǎn)發(fā)上位機(jī)的I/O輸出，用于報(bào)警指示等功能。

圖1 新型化纖紡絲上位機(jī)系統(tǒng)通訊結(jié)構(gòu)原理圖

圖2 RPM400模塊連接上位機(jī)與變頻器結(jié)構(gòu)圖

圖3 RPM420模塊連接上位機(jī)與PLC結(jié)構(gòu)圖

圖4 RPM600模塊連接上位機(jī)與I/O設(shè)備結(jié)構(gòu)圖

3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

為了克服化纖紡絲現(xiàn)場悶熱潮濕的惡劣環(huán)境，滿足化纖紡絲連續(xù)生產(chǎn)、穩(wěn)定工作的要求，新型化纖紡絲上位機(jī)系統(tǒng)的上位機(jī)柜采用了密封良好的柜體，柜體進(jìn)氣口裝有可更換過濾網(wǎng)。上位機(jī)主機(jī)采用了工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，由UPS不間斷電源供電，采用了具有光電隔離和浪涌保護(hù)功能的通訊板卡。通訊線采用專門定制的屏蔽雙絞線，通訊線共2層屏蔽層，由鋁箔100%屏蔽覆蓋加鍍錫銅絲編織網(wǎng)90%以上屏蔽覆蓋，附有鍍錫銅獨(dú)立接地導(dǎo)體，工業(yè)PVC外護(hù)套，保證了良好穩(wěn)定的通訊效果，維護(hù)方便。我公司自主開發(fā) 的RPM400、RPM420、RPM600等RPM系列通訊模塊，可以將熱輥導(dǎo)盤拖動(dòng)變頻器、計(jì)量泵和油劑控制變頻器、卷繞機(jī)PLC、紡絲現(xiàn)場I/O設(shè)備等化纖紡絲設(shè)備高效穩(wěn)定的連接到新型化纖紡絲上位機(jī)系統(tǒng)中。

RPM400是一款隔離轉(zhuǎn)換中繼通訊模塊，安裝在熱輥導(dǎo)盤拖動(dòng)柜和計(jì)量泵油輪控制柜內(nèi)，將變頻器連接到化纖紡絲上位機(jī)，實(shí)現(xiàn)了上位機(jī)與變頻器的高效穩(wěn)定通訊。一臺RPM400模塊最多支持16臺變頻連接，多臺RPM400可以通過串聯(lián)接到一個(gè)上位機(jī)通訊端口，從而大幅提升了上位機(jī)連接變頻器的通訊負(fù)載能力，如圖2所示。

RPM420是一款隔離轉(zhuǎn)換中繼通訊模塊，安裝在卷繞機(jī)控制柜內(nèi)，將卷繞機(jī)PLC連接到化纖紡絲上位機(jī)，實(shí)現(xiàn)了上位機(jī)與卷繞機(jī)的高效穩(wěn)定通訊。一臺RPM420模塊最多支持6臺卷繞機(jī)PLC連接，多臺RPM420可以通過串聯(lián)接到一個(gè)上位機(jī)通訊端口，從而實(shí)現(xiàn)了上位機(jī)連接卷繞機(jī)PLC通訊負(fù)載能力的大大提升，如圖3所示。

RPM600是一款12端口I/O輸入輸出模塊，安裝在I/O控制柜內(nèi)，可以采集化纖紡絲現(xiàn)場的I/O設(shè)備狀態(tài)，如計(jì)量泵開關(guān)狀態(tài)、卷繞機(jī)開關(guān)狀態(tài)等，將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量傳送給上位機(jī)。同時(shí)，RPM600還可以作為上位機(jī)的I/O輸出，用于報(bào)警指示等功能。RPM600模塊的12個(gè)端口可以通過上位機(jī)分別設(shè)置成輸入或輸出端口，靈活方便，多臺RPM600可以通過串聯(lián)接到一個(gè)上位機(jī)通訊端口，如圖4所示。

RPM系列模塊均通過軟件配置方式進(jìn)行參數(shù)設(shè)定，通過上位機(jī)軟件中的RPM模塊參數(shù)配置頁面設(shè)定通訊參數(shù)。圖5是上位機(jī)軟件中RPM420模塊的參數(shù)配置界面，可以設(shè)定RPM420模塊的相關(guān)通訊參數(shù)，包括RPM420模塊的主機(jī)地址，主機(jī)、從機(jī)波特率（4800、9600、19200、38400、57600自由選擇），主機(jī)、從機(jī)設(shè)備類型，從機(jī)設(shè)備數(shù)（RPM420模塊所帶卷繞機(jī)PLC數(shù)量）。采用軟件設(shè)定通訊參數(shù)的方式提高了系統(tǒng)可靠性，便于操作和管理。新型化纖紡絲上位機(jī)系統(tǒng)軟件由我公司自行設(shè)計(jì)開發(fā)，軟件整體采用VC++編制，具有完全的自主知識產(chǎn)權(quán)。上位機(jī)軟件采用新型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和通訊協(xié)議，實(shí)現(xiàn)了上位機(jī)與RPM系列模塊及化纖紡絲設(shè)備間的高效通訊。在實(shí)際應(yīng)用中系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，性能可靠，通訊效果良好。

圖5 RPM420模塊參數(shù)配置頁面

圖6 新舊上位機(jī)系統(tǒng)通訊負(fù)載能力對照表

圖7 新舊上位機(jī)系統(tǒng)通訊速度對照表

4 系統(tǒng)應(yīng)用先進(jìn)性

RPM系列模塊在新型化纖紡絲上位機(jī)系統(tǒng)中的應(yīng)用，使上位機(jī)通訊負(fù)載能力大大提高，單臺上位機(jī)通訊負(fù)載能力提高了一倍。如圖6所示，典型民用絲3熱輥項(xiàng)目，單臺上位機(jī)通訊負(fù)載紡位數(shù)由36紡位提高到72紡位；典型工業(yè)絲8熱輥項(xiàng)目，單臺上位機(jī)通訊負(fù)載紡位數(shù)由12紡位提高到24紡位。未來經(jīng)過升級優(yōu)化，新型化纖紡絲上位機(jī)系統(tǒng)通訊負(fù)載能力有進(jìn)一步提升的空間。

在新型化纖紡絲上位機(jī)系統(tǒng)通訊負(fù)載能力大幅提升的同時(shí)，通訊速度大大提高，上位機(jī)通訊效果更好。以典型36位3熱輥民用絲項(xiàng)目為例，上位機(jī)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)刷新時(shí)間和工藝參數(shù)設(shè)定時(shí)間均提高了數(shù)倍，如圖7所示。通訊速度的大幅提升為化纖紡絲上位機(jī)的數(shù)據(jù)分析、紡絲管理等功能奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

5 結(jié)束語

隨著化纖紡絲技術(shù)的不斷發(fā)展，提高國產(chǎn)化纖設(shè)備技術(shù)水平，增強(qiáng)市場競爭力有重要意義。新型化纖紡絲上位機(jī)系統(tǒng)，應(yīng)用我公司自主開發(fā)的RPM系列模塊，軟硬件升級，通訊速度更快，抗干擾能力更強(qiáng)，通訊負(fù)載能力更高，在系統(tǒng)性能大幅提升的同時(shí)有效降低客戶成本。在化纖紡絲現(xiàn)場構(gòu)建了一種穩(wěn)定高效的通訊平臺，確保化纖紡絲現(xiàn)場生產(chǎn)穩(wěn)定，經(jīng)過實(shí)踐應(yīng)用，性能穩(wěn)定，有著良好的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。