基于工業(yè)以太網(wǎng)的打葉復(fù)烤廠自控系統(tǒng)實踐

摘 要：以基于工業(yè)以太網(wǎng)的PROFINET為主干，結(jié)合PROFIBUS、分布式I/O、光纖傳輸、西門子PLC、西門子過程監(jiān)視系統(tǒng)等現(xiàn)代化自控技術(shù)，實現(xiàn)了打葉復(fù)烤生產(chǎn)線自控系統(tǒng)的分層控制。

關(guān)鍵詞：打葉復(fù)烤生產(chǎn)線 工業(yè)以太網(wǎng) PROFINET 分層控制

中圖分類號：TP273文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1674-098X（2013）04（a）-00-02

1 項目簡介

云南大理得天獨厚的地理和氣候，是紅大、K326等烤煙品種最適宜的種植區(qū)之一，同時，有了紅塔集團(tuán)的重視，使得大理卷煙廠復(fù)烤車間成為重要的原料加工基地。

大理卷煙廠復(fù)烤車間建成了擁有動力系統(tǒng)、煙葉片選車間、12000 Kg/h生產(chǎn)線、煙葉存儲和流轉(zhuǎn)倉庫等完整的、現(xiàn)代化打葉復(fù)烤生產(chǎn)聯(lián)合工房；每個烤季加工能力達(dá)80萬擔(dān)。

1.1 生產(chǎn)工藝簡介

打葉復(fù)烤，將初烤后的原煙，按照加工工藝，經(jīng)過煙葉人工分選、一次潤葉、篩砂、二次潤葉、葉梗分離后，加工成片煙、梗條，分別由烤片機及烤梗機進(jìn)行加熱干燥、冷卻、回潮處理，最后進(jìn)入打包和成品流轉(zhuǎn)工序。目的是使片煙、煙梗的水分符合工藝標(biāo)準(zhǔn)，完成定水份、定溫度、定形包裝，滿足長期貯存醇化的需求，為卷煙工業(yè)提供優(yōu)質(zhì)原料。

1.2 系統(tǒng)集成概況

系統(tǒng)建立了完善的、涵蓋了遠(yuǎn)程監(jiān)視、集中監(jiān)控、信息發(fā)布、管理業(yè)務(wù)的中央控制系統(tǒng)；完成了包含718臺套電機的工藝設(shè)備控制；設(shè)計簡述如下。

（1）設(shè)計了以6GK5 408-2FD00-2AA2、6GK5414-3FC00-2AA2、CP343-1ADV、CP443-1ADV、CP1616為核心的1G冗余信息交換光纖環(huán)網(wǎng)；

（2）設(shè)計了基于WinCC、SQL SERVER、WebNavigator、4臺服務(wù)器、18臺客戶機，采用C/S模式的集中監(jiān)控和車間級的管理系統(tǒng)；

（3）設(shè)計了基于WinCC Flexible和MP277的人機操作系統(tǒng)；

（4）設(shè)計了包含5套S7 414-3PN/DP CPU、19套S7 315-2 PN/DP CPU的生產(chǎn)控制系統(tǒng)；

（5）設(shè)計了包括164套IM151-3 PN、43套X208的分布式I/O系統(tǒng)；

（6）設(shè)計了以CPU集成DP口、26套IE/PB LINKER、7套IM153鏈路模塊和IM157耦合模塊、208臺變頻器、27臺軟啟動器、以及其他DP和PA傳感執(zhí)行元件的、面向?qū)ο蟮默F(xiàn)場控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。

2 系統(tǒng)構(gòu)成

2.1 集中監(jiān)控和管理信息網(wǎng)絡(luò)層

構(gòu)建集中監(jiān)控、數(shù)據(jù)管理層千兆星形網(wǎng)；連接冗余I/O服務(wù)器、數(shù)據(jù)服務(wù)器、WEB服務(wù)器、管理計算機、LED控制計算機、視頻服務(wù)器、OS操作站、ES工程師站、網(wǎng)絡(luò)打印機、設(shè)備現(xiàn)場生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)、質(zhì)檢管理系統(tǒng)、以及連入到廠域網(wǎng)的接口等。

I/O服務(wù)器，還聯(lián)接到主干網(wǎng)上的X408-2，通過千兆PROFINET網(wǎng)絡(luò)，完成生產(chǎn)信息管理監(jiān)控級與控制級間的數(shù)據(jù)交換和橋接功能。

2.2 信息主干網(wǎng)絡(luò)

由一臺X408-2和四臺X414-3E，組成1G bit/s環(huán)網(wǎng)；X408-2作為冗余管理機。

2.3 設(shè)備控制層系統(tǒng)

以S7 414-3PN/DP CPU+CP443-1ADV和S7 315-2 PN/DP CPU+CP343-1ADV，實現(xiàn)了與信息系統(tǒng)的1G網(wǎng)絡(luò)通訊；通過CPU的集成PN口和DP口實現(xiàn)了生產(chǎn)工藝段的控制網(wǎng)絡(luò)集成。各工藝段采用X208，通過星形拓樸，連接控制系統(tǒng)的PNIO。根據(jù)分布位置，通過FC標(biāo)準(zhǔn)電纜（或光纖）組成百兆星形網(wǎng)絡(luò)，完成控制信息的交換。安裝在電控柜內(nèi)的智能設(shè)備，聯(lián)入到通過X208→IE/PB Linker建立的PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)中；設(shè)備現(xiàn)場的水分儀、流量計、閥島等帶DP口的部件，聯(lián)入到通過IE/PB Linker建立起的PROFIBUS-DP子網(wǎng)段中；設(shè)備現(xiàn)場的流量計、溫度變送器、電氣閥門定位器、壓力變送器等帶有PA接口的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，則接入由控制段CPU的集成DP口轉(zhuǎn)換的PA網(wǎng)絡(luò)。

3 系統(tǒng)集成要點

系統(tǒng)只有穩(wěn)定可靠的網(wǎng)絡(luò)和硬件，才能實現(xiàn)理想的工藝控制。由于打葉復(fù)烤生產(chǎn)線的工藝設(shè)備布局、控制要求有其特殊性，系統(tǒng)集成著重于以下幾方面。

3.1 網(wǎng)絡(luò)的分層

采用了以PROFINET為主的網(wǎng)絡(luò)通訊，而PROFINET從嚴(yán)格意義上講，還是以太網(wǎng)；因此，將各分站和子系統(tǒng)嚴(yán)格區(qū)分，分別接入到控制網(wǎng)和信息網(wǎng)。

3.2 抗干擾設(shè)計

將配電中心、集中監(jiān)控系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、到生產(chǎn)工藝設(shè)備及橋架，進(jìn)行統(tǒng)一的接地安裝；嚴(yán)格區(qū)分了網(wǎng)絡(luò)、控制、配電橋架。網(wǎng)絡(luò)部件的供電安全設(shè)計，保證系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的可靠運行：交換機、服務(wù)器、計算機、現(xiàn)場操作站等采用獨立、不間斷電源（UPS）統(tǒng)一供電；有條件的網(wǎng)絡(luò)部件采用冗余供電。

3.3 控制網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

設(shè)備層網(wǎng)絡(luò)中，涉及到PROFINET，采用星形結(jié)構(gòu)，且距離超過80 m，則采用光纖聯(lián)接。

現(xiàn)場PROFIBUS-DP節(jié)點，通過IE/PB Linker組建DP網(wǎng)段；從CPU集成DP口到DP/PA Coupler、DP/PA Linker之間，配置帶診斷的網(wǎng)絡(luò)中繼；保證了DP網(wǎng)絡(luò)以1.5 m穩(wěn)定可靠地運行。

3.4 PNIO的更新時間

系統(tǒng)涉及到過程數(shù)據(jù)和信息數(shù)據(jù)；并不是所有的都要求嚴(yán)格的實時性；從工藝要求出發(fā)，對不同控制要求的數(shù)據(jù)，對更新時間作參異化設(shè)置（圖1）。

4 應(yīng)用體會

工藝設(shè)備分散在29952 m2范圍的聯(lián)合工房一層和二層平面，是典型的復(fù)烤廠，包含11個工序的控制，屬中規(guī)模自動化集成項目；從控制部件安裝、管理及監(jiān)控系統(tǒng)集成、軟硬件調(diào)式、到帶料生產(chǎn)，僅用了兩個月的時間！實現(xiàn)了當(dāng)年設(shè)計、當(dāng)年施工、當(dāng)年投產(chǎn)的計劃，而且按時、按質(zhì)、按量地圓滿完成了生產(chǎn)任務(wù)！在縮短工程實施周期，提高系統(tǒng)的可靠性及后期技術(shù)改造的可擴展性的同時，顯著地降低了企業(yè)運營成本！

參考文獻(xiàn)

[1]于志蘭.煙葉復(fù)烤工藝及設(shè)備[M].云南科技出版社.

[2]IKPI-2007_en（SIEMENS AG）.

[3]ST70·2007（SIEMENS AG）.

[4]趙欣.西門子工業(yè)網(wǎng)絡(luò)交換機應(yīng)用指南[M].機械工業(yè)出版社，

2008.

[5]崔堅，李佳，楊光.西門子工業(yè)網(wǎng)絡(luò)通信指南（上、下冊）[M].北京：機械工業(yè)出版社，2005.