關(guān)于ProfiNET總線在條煙輸送系統(tǒng)中的應(yīng)用

李金秀

摘 要：文章根據(jù)條煙輸送工藝的要求，提出一種基于采用西門子ProfiNET現(xiàn)場總線技術(shù)的控制系統(tǒng)，并詳細(xì)介紹ProfiNET網(wǎng)絡(luò)的硬件配置、系統(tǒng)功能和軟件設(shè)計(jì)。解決傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中存在的問題，增強(qiáng)了網(wǎng)絡(luò)的抗干擾能力，提高了設(shè)備的可靠性和自動(dòng)化水平。

關(guān)鍵詞：ProfiNET；IO控制器；IO設(shè)備Profibus-DP；主站；從站；監(jiān)控

1 引言

條煙輸送系統(tǒng)是用于完成卷包車間各包裝機(jī)所生產(chǎn)的條煙由包裝機(jī)出口至裝封箱機(jī)入口段的煙條自動(dòng)提升、輸送和收集任務(wù)。

在以往的設(shè)計(jì)中，各臺(tái)設(shè)備互相獨(dú)立，設(shè)備間的數(shù)據(jù)交換只能采用聯(lián)控線，增加了硬件成本，并且信息量很有限。最近幾年采用Profibus-DP總線方式控制，網(wǎng)速最快只能達(dá)到12M，而且網(wǎng)絡(luò)抗干擾能力差。如果采用ProfiNET總線控制，數(shù)據(jù)傳輸速率能達(dá)到100M，如果是光纖網(wǎng)絡(luò)能達(dá)到1000M，而且抗干擾能力相當(dāng)強(qiáng)，數(shù)據(jù)的交換相當(dāng)方便和可靠。各提升機(jī)、下滑道及條儲(chǔ)存、動(dòng)力頭分散I/O是系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的IO設(shè)備，相當(dāng)于Profibus-DP總線里的從站。該條煙輸送線有一個(gè)IO控制器，相當(dāng)于Profibus-DP總線里的主站。該控制系統(tǒng)還預(yù)留一塊以太網(wǎng)模塊和車間管理部門通信。

為了實(shí)時(shí)監(jiān)控現(xiàn)場設(shè)備的運(yùn)行狀況，并且能夠設(shè)置參數(shù)和切換功能，采用西門子多功能觸摸屏MP377作為人機(jī)界面?？梢栽跒g覽該線工藝流程的同時(shí)監(jiān)控各設(shè)備子站點(diǎn)的生產(chǎn)運(yùn)行狀況和故障信息，還能統(tǒng)計(jì)每個(gè)機(jī)臺(tái)的實(shí)時(shí)產(chǎn)量和查詢歷史產(chǎn)量。

2 控制范圍

條煙輸送系統(tǒng)內(nèi)包含有幾種不同的機(jī)械設(shè)備。煙條包裝機(jī)出口依次設(shè)置的是S型條煙提升機(jī)、條煙輸送機(jī)、下滑道、條儲(chǔ)存直到裝封箱機(jī)入口。

條煙輸送的電氣控制系統(tǒng)內(nèi)，所包含的控制設(shè)備站點(diǎn)有提升機(jī)站點(diǎn)；下滑道與條儲(chǔ)存組成的站點(diǎn)；條煙輸送動(dòng)力頭與其相鄰離合器組成的站點(diǎn)；輥?zhàn)虞斔蜋C(jī)站點(diǎn)；丹佛斯變頻器站點(diǎn)；上位人機(jī)界面站點(diǎn)；及系統(tǒng)主控制器。

3 網(wǎng)絡(luò)圖

ProfiNET總線的形式有總線型、星型、樹型、環(huán)型和混合型，通常為了減少站點(diǎn)間的相互影響，一般采用星型和總線型混合的組網(wǎng)方式。為了直觀的了解整個(gè)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)分布和交換機(jī)的端口走向，采用網(wǎng)絡(luò)圖把交換機(jī)和各站點(diǎn)的關(guān)系表示出來，在實(shí)際施工時(shí)要做到實(shí)際的網(wǎng)絡(luò)分布要和網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃圖的一致，否則會(huì)給網(wǎng)絡(luò)維護(hù)造成不便。以下以南寧卷煙廠條煙輸送系統(tǒng)為例。

4 各站點(diǎn)工藝說明

4.1 S型條煙提升機(jī)

S型條煙提升機(jī)是整個(gè)條煙輸送系統(tǒng)工作流程的起點(diǎn)，它與包裝機(jī)出口對(duì)接，將包裝機(jī)出口的條煙自動(dòng)提升到條煙輸送線上，每臺(tái)提升機(jī)電機(jī)配有變頻器，提升速度可調(diào)。

4.2 下滑道及條儲(chǔ)存

下滑道是將條煙輸送線上的條煙根據(jù)牌號(hào)的不同自動(dòng)分類匯集，將條煙送入橫向收集機(jī)，把條煙的縱向輸送變?yōu)闄M向輸送。采用選道氣缸選擇進(jìn)入該臺(tái)下滑道的條煙通道，當(dāng)選中通道時(shí)電磁閥得電氣缸伸出，導(dǎo)桿把條煙截留住從立條變?yōu)槠綏l輸送并進(jìn)入滑道送入橫向收集機(jī)，沒有選中的通道氣缸不動(dòng)作條煙被送入后續(xù)的下滑道處理。條儲(chǔ)存則是用于當(dāng)裝封箱機(jī)出現(xiàn)問題的時(shí)候進(jìn)行煙條臨時(shí)儲(chǔ)存工作，當(dāng)裝封箱機(jī)正常后，其又自動(dòng)完成機(jī)身內(nèi)儲(chǔ)存的煙條自動(dòng)排放的工作。下滑道與條儲(chǔ)存共用一個(gè)S7 300控制器進(jìn)行控制，與主站的信息通過總線進(jìn)行交流。

4.3 條煙輸送動(dòng)力頭

條煙輸送動(dòng)力頭是拖動(dòng)條煙通道的動(dòng)力裝置，每個(gè)動(dòng)力頭有1臺(tái)電機(jī)，每個(gè)通道有1個(gè)離合器，電機(jī)運(yùn)行時(shí)要離合器吸合和鏈板才會(huì)運(yùn)轉(zhuǎn)。當(dāng)該通道發(fā)生堵塞和所對(duì)應(yīng)的下滑道停止時(shí)只要脫開離合器該道立即停止，而電機(jī)繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)保證其他通道的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。每個(gè)動(dòng)力頭都有自動(dòng)潤滑裝置，可以手動(dòng)對(duì)通道進(jìn)行潤滑，也可以設(shè)為自動(dòng)潤滑。

5 硬件設(shè)計(jì)

條煙輸送電控系統(tǒng)采用ProfiNET分布式總線結(jié)構(gòu)。將從包裝機(jī)出口直至封箱機(jī)入口的所有設(shè)備，組合為一個(gè)分布式網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)整個(gè)條煙輸送系統(tǒng)的自動(dòng)控制、數(shù)據(jù)采集、產(chǎn)量顯示及遠(yuǎn)程診斷等功能。條煙輸送電控系統(tǒng)使用西門子公司S7-317-2PN/DP 做為主控制器，具有功能強(qiáng)大的處理器和交換機(jī)功能。交換機(jī)采用西門子SCALANCE X200系列網(wǎng)管型，該交換機(jī)應(yīng)用非常廣泛，用在設(shè)備級(jí)的現(xiàn)場實(shí)時(shí)性非常高。

S型提升機(jī)和下滑道條儲(chǔ)存站點(diǎn)都是采用S7-300PLC和CP343-1網(wǎng)卡和主站組成 ProfiNET網(wǎng)絡(luò)，由于自帶PLC，具有很強(qiáng)的獨(dú)立性，在調(diào)試時(shí)非常方便。條煙輸送各動(dòng)力頭子站箱控制的點(diǎn)位較少，因此采用ET200S 遠(yuǎn)程I/O模塊，具備ProfiNET接口，但是不帶CPU功能，程序由主站完成，是一種非常經(jīng)濟(jì)的控制模式。

綜上所述，整個(gè)系統(tǒng)的控制核心采用S7-317 PLC做為主控制器，MP377觸摸屏作為系統(tǒng)上位監(jiān)控設(shè)備，各站點(diǎn)通過ProfiNET接口和主站通訊。

6 軟件設(shè)計(jì)

6.1 主控制器PLC程序設(shè)計(jì)

6.1.1 主控制器硬件組態(tài)

首先在主控制器中組態(tài)，通過向?qū)陆ㄒ粋€(gè)文件，然后雙擊Hardware，打開硬件組態(tài)窗口，選擇CPU317-2PN/DP模塊，并配置成控制器，再組態(tài)帶CPU的提升機(jī)和下滑道站點(diǎn)，然后再在他們之間做連接，設(shè)置IP地址和設(shè)備名稱。然后再組態(tài)帶PN接口的IM151-3模塊，設(shè)置IP地址和設(shè)備名稱。

6.1.2 主控制器程序設(shè)計(jì)

采用STEP7 V5.5編程軟件進(jìn)行編程，采用模塊化結(jié)構(gòu)編程，整個(gè)條煙輸送系統(tǒng)主站的的控制程序有OB組織塊、FC功能塊和DB數(shù)據(jù)塊構(gòu)成。組織塊OB是系統(tǒng)操作程序與用戶應(yīng)用程序在各種條件下的接口界面，用于控制程序的運(yùn)行。不同的OB有不同的功能。OB1是主程序，主要完成系統(tǒng)初始化、初始參數(shù)設(shè)定、調(diào)用子程序。FC是自定義子程序塊，包括不同的功能或者某臺(tái)設(shè)備的控制。

6.2 IO設(shè)備程序設(shè)計(jì)

6.2.1 硬件組態(tài)

采用S7-300 CPU314控制，通過CP343-1通訊模塊和控制器進(jìn)行通訊，在硬件組態(tài)窗口點(diǎn)擊CP343-1的屬性選擇該站作為IO設(shè)備，并且輸入IP地址和設(shè)備名稱。然后在OB1程序中調(diào)用標(biāo)準(zhǔn)程序FC11（PNIO_SEND）和FC12（PNIO_RECV）實(shí)現(xiàn)控制器CPU與CP343-1模塊之間的數(shù)據(jù)交換。

6.3 MP377觸摸屏的組態(tài)

采用Wincc Flexible 組態(tài)軟件進(jìn)行組態(tài)，在主畫面上實(shí)時(shí)監(jiān)控整條系統(tǒng)中各個(gè)設(shè)備的狀態(tài)（運(yùn)行、停止、故障），使操作員很直觀地了解系統(tǒng)的工作狀態(tài)。組態(tài)電機(jī)和離合器的手動(dòng)操作，實(shí)時(shí)顯示每個(gè)通道的煙條產(chǎn)量，能查詢歷史產(chǎn)量，能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)交班和手動(dòng)交班。

7 結(jié)束語

在對(duì)條煙輸送系統(tǒng)進(jìn)行電控設(shè)計(jì)過程中，利用PLC通過ProfiNET現(xiàn)場總線，構(gòu)建高性能的工業(yè)現(xiàn)場局域網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)條煙輸送的網(wǎng)絡(luò)化監(jiān)控，提高了網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)性，增強(qiáng)了系統(tǒng)的準(zhǔn)確性與可靠性，為卷煙廠實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化生產(chǎn)和管理提供了可靠保證。endprint