PROFINET通訊系統(tǒng)在一次法煉膠生產(chǎn)線的應(yīng)用

孫長春，初敏霞

（大連橡膠塑料機(jī)械有限公司，遼寧 大連 116033）

PROFINET通訊系統(tǒng)在一次法煉膠生產(chǎn)線的應(yīng)用

孫長春，初敏霞

（大連橡膠塑料機(jī)械有限公司，遼寧 大連 116033）

主要介紹PROFINET通訊在一次法生產(chǎn)線上的應(yīng)用及其特點(diǎn)。論述了一次法生產(chǎn)線的控制系統(tǒng)在采用了西門子PROFINET通訊后的先進(jìn)性和現(xiàn)場應(yīng)用情況等。

一次法生產(chǎn)線；PROFINET通訊；配方數(shù)據(jù)；密煉；開煉；膠料

一次法生產(chǎn)線是目前世界上較先進(jìn)的膠料混煉技術(shù)，其開煉機(jī)操作實(shí)現(xiàn)了無人化，通過自動(dòng)控制的翻膠和倒膠裝置實(shí)現(xiàn)膠料的自動(dòng)化穩(wěn)定生產(chǎn)，由于整條生產(chǎn)線都聯(lián)網(wǎng)通訊，故障診斷完全數(shù)字化，全部診斷信息完全可以在觸摸屏上查閱，極大方便了用戶的安裝、調(diào)試、故障排除以及維護(hù)保養(yǎng)，為用戶節(jié)省了人力的投資、節(jié)省了安裝費(fèi)用，尤其大大縮短故障排除時(shí)間，從而為用戶挽回因此造成的經(jīng)濟(jì)損失。隨著自動(dòng)化控制技術(shù)的迅猛發(fā)展，許多先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)被廣泛應(yīng)用，減少停機(jī)率、降低維護(hù)成本等已成為輪胎加工行業(yè)中提高競爭力的幾大重要原因。

1 一次法生產(chǎn)線的應(yīng)用

一次法生產(chǎn)線采用1臺(tái)密煉機(jī)、1臺(tái)初級(jí)開煉機(jī)、多臺(tái)并行次級(jí)開煉機(jī)的煉膠工藝，膠料經(jīng)過密煉排膠后進(jìn)入初級(jí)開煉機(jī)，經(jīng)過初級(jí)開煉機(jī)的冷卻、添加硫化助劑母膠，然后進(jìn)入膠料分流輸送系統(tǒng)中，并按時(shí)序分派到周圍的多臺(tái)次級(jí)開煉機(jī)上進(jìn)行進(jìn)一步煉膠，次級(jí)開煉機(jī)每臺(tái)的煉膠時(shí)間可以是密煉時(shí)間的4倍，從而保證煉膠均勻的效果，次級(jí)開煉機(jī)排膠后，通過膠料收集系統(tǒng)，進(jìn)入膠料合流輸送系統(tǒng)，然后經(jīng)過膠片冷卻系統(tǒng)冷卻、出片，從而完成整個(gè)煉膠過程（見圖1）。此工藝方法可以減少廠房占地，減少設(shè)備占用面積，減少用工人數(shù)，大幅度提高煉膠質(zhì)量和煉膠產(chǎn)能，從而實(shí)現(xiàn)煉膠的高質(zhì)量、高效率、節(jié)能低碳、低成本的目的。

2 控制系統(tǒng)構(gòu)成

本生產(chǎn)線采用西門子S7-300系列CPU 317-2 PN/DP，其內(nèi)置2個(gè)PROFINET接口，通過交換機(jī)X208與遠(yuǎn)程I/O從站、附屬變頻器、觸摸屏及主傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行以太網(wǎng)通訊；通過擴(kuò)展的以太網(wǎng)通訊模塊CP343-1與密煉機(jī)、膠片冷卻、膠料運(yùn)輸系統(tǒng)以及上輔機(jī)工控機(jī)進(jìn)行以太網(wǎng)通訊。

本系統(tǒng)構(gòu)成如下：

（1） 初級(jí)開煉機(jī)1臺(tái)：設(shè)置一現(xiàn)場操作臺(tái)，能進(jìn)行手自動(dòng)操作，操作臺(tái)上配置觸摸屏，通過配方設(shè)定畫面可進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)或離線的工藝參數(shù)監(jiān)控及修改，通過不同的監(jiān)控畫面能對(duì)系統(tǒng)中所有設(shè)備的工作狀態(tài)進(jìn)行在線監(jiān)視、故障查詢，操作臺(tái)上方還配置視頻監(jiān)控系統(tǒng)。

（2） 次級(jí)開煉機(jī)4臺(tái)：設(shè)置一現(xiàn)場操作箱，能進(jìn)行手自動(dòng)操作，操作箱上配置觸摸屏，通過配方設(shè)定畫面可進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)或離線的工藝參數(shù)監(jiān)控及修改，通過不同的監(jiān)控畫面能對(duì)本機(jī)工作狀態(tài)進(jìn)行在線監(jiān)視、故障查詢。

圖1 一次法布置圖

（3） 壓片用開煉機(jī)1臺(tái)：將膠料快速壓片并輸送至膠片冷卻。

（4） 膠料運(yùn)輸系統(tǒng)完成煉膠過程的自動(dòng)輸送及各開煉機(jī)任務(wù)分配管理， 工藝參數(shù)的設(shè)置保存，生產(chǎn)數(shù)據(jù)的保存及自動(dòng)報(bào)表輸出。輸送系統(tǒng)全部采用變頻驅(qū)動(dòng)，并與開煉機(jī)排膠進(jìn)行速度的同步控制，各設(shè)備間采用以太網(wǎng)進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交換及聯(lián)動(dòng)控制。

（5） 上位機(jī)為本系統(tǒng)提供配方數(shù)據(jù)、工藝配方數(shù)據(jù)、本系統(tǒng)需要的相關(guān)運(yùn)行狀況信息，配方實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)由本系統(tǒng)提供給上輔機(jī)。開煉機(jī)能根據(jù)工藝參數(shù)進(jìn)行在線自動(dòng)調(diào)速、自動(dòng)調(diào)距、溫度控制等。

2.1 PROFINET通訊的優(yōu)勢

以太網(wǎng)通訊具有以下重要優(yōu)點(diǎn)：

（1）由于其連接方法是采用通用性比較強(qiáng)的RJ45接口，可實(shí)現(xiàn)快速調(diào)試。

（2）由于在必要時(shí)可通過交換技術(shù)獲得較強(qiáng)的擴(kuò)展性能，以太網(wǎng)的通訊性能幾乎不受限制。

實(shí)現(xiàn)不同應(yīng)用領(lǐng)域的互聯(lián)互通，例如辦公環(huán)境與生產(chǎn)環(huán)境。

（3）可通過WAN（廣域網(wǎng)），如ISDN或因特網(wǎng)進(jìn)行連接，實(shí)現(xiàn)公司級(jí)通訊。

（4）PROFINET是開放、創(chuàng)新的工業(yè)以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，能滿足工業(yè)自動(dòng)化的全部要求，實(shí)現(xiàn)集成式全公司范圍通訊。

PROFINET用于直接連接分布式現(xiàn)場設(shè)備到工業(yè)以太網(wǎng)，以及以同步模式用于運(yùn)動(dòng)控制解決方案。借助可實(shí)現(xiàn)縱向集成和故障安全型應(yīng)用的組件技術(shù)。

PROFINET還能實(shí)現(xiàn)分布式自動(dòng)化系統(tǒng)。

PROFINET也支持控制器至控制器的通訊。

2.2 PROFINET通訊方式的應(yīng)用

本控制系統(tǒng)采用西門子S7-300系列可編程控制器。CPU選用317-2 PN/DP，其本體集成了2個(gè)PROFINET接口，放置于初級(jí)開煉機(jī)的控制柜內(nèi)。由于煉膠工藝的要求，初級(jí)開煉機(jī)位于密煉機(jī)下方，屬于一次法的前端工序，所以不能停機(jī)；而4臺(tái)次級(jí)開煉機(jī)是并排放置，其中任意一臺(tái)可隨時(shí)停機(jī)或斷電，但不能影響整條一次法生產(chǎn)線的運(yùn)行，所以在網(wǎng)絡(luò)組態(tài)時(shí)就設(shè)計(jì)了如下方案：初級(jí)開煉機(jī)的CPU、I/O從站、觸摸屏、附屬變頻器及主傳動(dòng)，采用串聯(lián)的方式接入交換機(jī)X208中，其他4臺(tái)次級(jí)開煉機(jī)也采用相同的方式接入交換機(jī)中。這樣5臺(tái)設(shè)備就以并聯(lián)的方式接入同1個(gè)交換機(jī)，共同使用1個(gè)CPU。

通過擴(kuò)展的以太網(wǎng)通訊模塊CP343-1與密煉機(jī)、膠片冷卻、膠料運(yùn)輸系統(tǒng)以及上輔機(jī)工控機(jī)進(jìn)行以太網(wǎng)通訊。主要實(shí)現(xiàn)與密煉機(jī) 、膠片冷卻、膠料運(yùn)輸系統(tǒng)的信號(hào)聯(lián)鎖功能，實(shí)時(shí)采集上輔機(jī)給出的配方數(shù)據(jù)，及時(shí)下傳給每一臺(tái)開煉機(jī)，并將每臺(tái)開煉機(jī)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、報(bào)警信息等快速、準(zhǔn)確的傳送給上輔機(jī)。

系統(tǒng)組態(tài)見圖2。

圖2 系統(tǒng)組態(tài)

3 控制系統(tǒng)的先進(jìn)性

（1）此條一次法生產(chǎn)線的5臺(tái)開煉機(jī)采用1個(gè)CPU控制，降低了電氣采購成本，采用PROFINET通訊方式，所有的設(shè)備都采用此通訊方式，真正做到了一網(wǎng)到底，同時(shí)也增強(qiáng)了設(shè)備自動(dòng)化的穩(wěn)定性。

（2）開煉機(jī)觸摸屏具有配方的下載和修改功能，通過以太網(wǎng)從上輔機(jī)獲取配方數(shù)據(jù)并進(jìn)行自動(dòng)控制，同時(shí)每臺(tái)開煉機(jī)觸摸屏也可以存儲(chǔ)配方數(shù)據(jù)，避免因上輔機(jī)故障而導(dǎo)致設(shè)備無法高效的生產(chǎn)。在上輔機(jī)異常情況下，可以經(jīng)由人機(jī)界面設(shè)定、監(jiān)控、存儲(chǔ)常用工藝配方參數(shù)。在人機(jī)界面上輸入配方作業(yè)條件時(shí)，必須先輸入密碼，才能進(jìn)入設(shè)定畫面，按照配方作業(yè)條件進(jìn)行設(shè)定，確認(rèn)后方可啟動(dòng)自動(dòng)作業(yè)，確?；鞜捝a(chǎn)過程的保密性。配方設(shè)定見圖3。

圖3 配方設(shè)定

（3） 數(shù)據(jù)管理

a.控制系統(tǒng)能以報(bào)表形式對(duì)各類數(shù)據(jù)進(jìn)行管理,這些報(bào)表均可在上位機(jī)上查閱或在打印機(jī)上打印出來。

b.開煉機(jī)上作業(yè)情況記錄:

每一車在開煉機(jī)上實(shí)際作業(yè)時(shí)間、實(shí)際速度、溫控水溫度等質(zhì)量記錄自動(dòng)采集，形成報(bào)表。

每一車在開煉機(jī)上實(shí)際作業(yè)機(jī)臺(tái)、每一步的輥距值、輥速度、總作業(yè)時(shí)間、溫控水溫度、藥品投放等質(zhì)量記錄自動(dòng)采集，形成報(bào)表。

c.藥品作業(yè)情況記錄:

藥品投放時(shí)每一個(gè)藥品確認(rèn)結(jié)果、投入時(shí)間、投入數(shù)量、操作工工號(hào)等等質(zhì)量記錄自動(dòng)采集，形成報(bào)表。

班運(yùn)行記錄報(bào)表:某月、某日、某班共運(yùn)行了哪些配方，各配方的運(yùn)行次數(shù)及起止時(shí)間。配方報(bào)表:某種配方的名稱、編號(hào)、內(nèi)容。

報(bào)警記錄:某月、某日、某班故障發(fā)生的時(shí)間、位置等數(shù)據(jù)。

物料統(tǒng)計(jì):某月、某日、某班的物料消耗情況。

4 結(jié)束語

一次法生產(chǎn)線控制系統(tǒng)采用的PROFINET通訊方式，將企業(yè)級(jí)網(wǎng)絡(luò)、控制級(jí)網(wǎng)絡(luò)、設(shè)備級(jí)網(wǎng)絡(luò)完全融合在一起：將一個(gè)控制器連接至多個(gè)不同的設(shè)備，同時(shí)降低配線成本并增加額外的功能，增強(qiáng)了系統(tǒng)設(shè)計(jì)和配置的靈活性；建立了復(fù)雜分散式的I/O系統(tǒng)，為不同過程間的線路互鎖和同步提高了高性能、抗故障、可確定的通訊；增強(qiáng)了工廠中各部門之間的信息傳輸，讓用戶在辦公室中就可以看見設(shè)備現(xiàn)場的運(yùn)行狀態(tài)。

[1] 工業(yè)通訊.2011.

Application of PROFINET communication system in one stage production line

Application of PROFINET communication system in one stage production line

Sun Changchun,Chu Minxia
(Dalian Rubber Plastic Machinery Co., LTD., Dalian 116033, Liaoning, China)

This paper mainly introduces the application and characteristics of PROFINET communication in one stage production line .And introduces advanced nature and application of one stage production line after adopted SIEMENS PROFINET communication.

one stage production line; PROFINET communication; mixing; mill; rubber mass

TQ330.493

1009-797X(2016)19-0057-03

B

10.13520/j.cnki.rpte.2016.19.010

（R-01）

孫長春（1975-）， 男，1998年畢業(yè)于遼寧工學(xué)院工業(yè)電氣自動(dòng)化專業(yè)，學(xué)士學(xué)位，副高級(jí)工程師，主要從事密煉機(jī)、擠出壓片機(jī)和開煉機(jī)的電氣設(shè)計(jì)及調(diào)試工作。

2016-08-16