煙草機(jī)械中的現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)探析

李曉陽 孫 瑞 杜來東 李肖肖

山東中煙工業(yè)有限責(zé)任公司滕州卷煙廠 山東 滕州 277500

前言

自從我國進(jìn)入21世紀(jì)之后，各種多元、創(chuàng)新的新科技不斷涌入中國，為社會(huì)大眾的生活與工作帶來了全新的機(jī)遇與挑戰(zhàn)。就當(dāng)前階段而言，人們的消費(fèi)水平在不斷的生機(jī)，老百姓對(duì)于信息技術(shù)的追求可以說是十分火熱的，而這種熱潮也帶動(dòng)了煙草工廠的現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)。為了適應(yīng)時(shí)代的步伐，必須要深入的了解現(xiàn)代總線系統(tǒng)的特特點(diǎn)，將其獨(dú)有的優(yōu)勢(shì)發(fā)揮出來，進(jìn)而推動(dòng)煙草事業(yè)的穩(wěn)步發(fā)展。如下，筆者將結(jié)合自身多年相關(guān)的工作經(jīng)驗(yàn)，首先簡(jiǎn)單概述關(guān)于現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)，進(jìn)而分別探究西門子工業(yè)以太網(wǎng)絡(luò)以及最新的西門子全集成平臺(tái)TIA博途系統(tǒng)的應(yīng)用。

一、現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)的簡(jiǎn)要概述

(1)現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)的特點(diǎn)。所謂現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)，其實(shí)就是指在生產(chǎn)作業(yè)的工作現(xiàn)場(chǎng)，將各種新興高科技自動(dòng)化控制設(shè)備與各種常規(guī)生產(chǎn)設(shè)備之間的串行多節(jié)點(diǎn)數(shù)字化通信系統(tǒng)。通常情況下，這套系統(tǒng)包含了諸如電源、終端電阻、輸入輸出器、掃描器等一系列最為基礎(chǔ)的應(yīng)用設(shè)備。實(shí)際上，現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)的特點(diǎn)不僅在于其開放性、智能化，而且操作建議可靠，抗干擾能力亦十分強(qiáng)勁。在煙草工廠當(dāng)中的機(jī)械設(shè)備中采用現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)，可以將各個(gè)生產(chǎn)操作過程進(jìn)行較為智能化的控制，例如將補(bǔ)償計(jì)算、工程量計(jì)算、傳感測(cè)量等相關(guān)工序分配到對(duì)應(yīng)的機(jī)械設(shè)備之中，不用依靠人力操作，僅憑現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備本身就可以輕松的完成對(duì)應(yīng)的控制工作。另外一方面，由于現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)的分散系特點(diǎn)，促使其應(yīng)用也變得更加簡(jiǎn)易可靠，再加上超強(qiáng)的抗干擾能力以及開放性特點(diǎn)，可以幫助用戶根據(jù)生產(chǎn)廠商的需求來隨意進(jìn)行產(chǎn)品的調(diào)整、組合，從而通過現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)來搭建可以滿足各方面需求的互聯(lián)網(wǎng)工作系統(tǒng)。

(2)常見的現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)。實(shí)際上，較為常見的現(xiàn)場(chǎng)總線控制技術(shù)主要包含如下三個(gè)方面:其一，高級(jí)過程控制現(xiàn)場(chǎng)總線(英文全稱為“FoundationFieldbus”，如下簡(jiǎn)稱“FF”)，這套總線控制技術(shù)其實(shí)是通過對(duì)現(xiàn)場(chǎng)工作進(jìn)程的自動(dòng)化控制，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)雙向串行的數(shù)字化通信化方式連接。其中，較為常見的通訊速率分別是高速H2與低速H1這兩類，其中:H2主要可以分成2.5M與1M兩類，可以達(dá)到的有效通訊距離分別是500m與750m；H1的傳輸速率為31.255kbps，可以達(dá)到的通訊有效距離是1900m；

其二，過程現(xiàn)場(chǎng)總線(英文全稱為“Profibus”)，最早是在1987年德國提出的德國國家總線標(biāo)準(zhǔn)“DIN19245”，而后此套控制系統(tǒng)被歐洲廣泛的使用，逐漸一步一步的演變?yōu)闅W洲現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)“EN50170”，主要是由Profibus用戶組織來進(jìn)行負(fù)責(zé)的，其中包含Profibus-PA、Profibus-FMS、Profibus-DP三個(gè)部分。FMS所指的意思是現(xiàn)場(chǎng)信息規(guī)范，可以廣泛的應(yīng)用于樓宇自動(dòng)化、可編程控制器以及紡織等相關(guān)領(lǐng)域。由于DP類型的傳輸效率比較快，而且掃描時(shí)間也較短，因此可以廣泛的應(yīng)用在分散外設(shè)間的高速數(shù)據(jù)傳輸，尤其適用于制造業(yè)當(dāng)中的自動(dòng)化領(lǐng)域；

其三，最后這種現(xiàn)場(chǎng)總線控制技術(shù)被稱之為設(shè)備網(wǎng)(英文全稱為“DeviceNet”)，這套控制技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備的自動(dòng)化領(lǐng)域應(yīng)用比較廣泛。由于設(shè)備網(wǎng)具有十分靈活的安裝屬性，可以大幅度的提升安裝效率，減少一部分的安裝投入。對(duì)比Profibus-DP，設(shè)備網(wǎng)這種技術(shù)可以兼容多種模式的通信方式，不僅通信功能強(qiáng)大，而且還具有十分靈活簡(jiǎn)易的操作性；當(dāng)然了，除開以上三個(gè)方面的現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，其實(shí)還有類似Interbus-S總線技術(shù)、控制局域網(wǎng)絡(luò)(因?yàn)槿Q為“ControlAreaNetwork”)等等。

二、西門子工業(yè)以太網(wǎng)絡(luò)

(1)關(guān)于“Profinet網(wǎng)絡(luò)”的介紹。隨著煙草行業(yè)不斷的發(fā)展，如今越來越多的技術(shù)對(duì)象的應(yīng)用會(huì)給控制進(jìn)程的通信數(shù)據(jù)容量帶來壓力。在煙草機(jī)械設(shè)備的許多操作中，類似制絲第一道工藝程序，僅此單一的進(jìn)程就包含了加料貯葉段、白肋煙段、葉片段、切片、香料配制段、儲(chǔ)絲段、梗絲膨化等數(shù)十道工序，這就會(huì)給現(xiàn)場(chǎng)的總線技術(shù)系統(tǒng)帶來巨大的驅(qū)動(dòng)壓力。因此緣故，現(xiàn)如今的煙草機(jī)械普遍采用全新設(shè)計(jì)的硬件裝置，以Profinet現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)作為主要的現(xiàn)場(chǎng)總線控制手段。其中，Profinet其實(shí)是由國際組織“Profibus”退出的一種基于工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)定制的自動(dòng)化總線標(biāo)準(zhǔn)。

它在原有的現(xiàn)場(chǎng)總線控制技術(shù)之上進(jìn)行了有效的創(chuàng)新，為現(xiàn)場(chǎng)構(gòu)建了一個(gè)更加強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，促使現(xiàn)場(chǎng)總線控制的自動(dòng)化通信又進(jìn)入了一個(gè)嶄新的紀(jì)元。這種總線控制技術(shù)具有非常多的優(yōu)勢(shì)，如覆蓋范圍大，幾乎可以將工業(yè)以太網(wǎng)與現(xiàn)有的所有現(xiàn)場(chǎng)總線控制技術(shù)、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)以及TCP/IP技術(shù)支持等全部進(jìn)行有效的統(tǒng)一。

(2)“Profinet網(wǎng)絡(luò)”的具體應(yīng)用

其一，進(jìn)行同步實(shí)時(shí)(IRT)通訊、支持TCP/IP標(biāo)準(zhǔn)通訊以及實(shí)時(shí)通訊(RT)；

其二，依據(jù)相應(yīng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，可以將對(duì)應(yīng)的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備連接到Profinet接口上；

其三，具有高效的同步實(shí)施功能，可以將運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行更加有效的控制；其四，具有自動(dòng)化分布式控制功能，可以更好的思想現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)供電自動(dòng)化操作，而且還具備多種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，Profisafe行規(guī)進(jìn)行基層并且有效保障系統(tǒng)安全。另外，Profinet網(wǎng)絡(luò)還可以保護(hù)各項(xiàng)通信數(shù)據(jù)。

三、最新的西門子全集成平臺(tái)TIA博途系統(tǒng)的應(yīng)用

(1)TIA博途系統(tǒng)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。網(wǎng)絡(luò)組態(tài)與硬件更加快捷方便，而且對(duì)應(yīng)的程序塊的變成分類亦十分清晰明了，可以很好的將各個(gè)程序分成擴(kuò)張指令、工藝與通信、擴(kuò)張指令四個(gè)層面。與此同時(shí)，這套系統(tǒng)的集成度亦十分高，其變量十分統(tǒng)一。

(2)“Profinet網(wǎng)絡(luò)”在西門子博途系統(tǒng)當(dāng)中的具體應(yīng)用。通常情況下，煙草接卸中的現(xiàn)場(chǎng)硬件是利用Profinet工業(yè)以太網(wǎng)絡(luò)來完成現(xiàn)場(chǎng)的通信控制的，而軟件則會(huì)選用西門子博途系統(tǒng)。Profinet網(wǎng)絡(luò)在西門子博途系統(tǒng)之中的成功應(yīng)用，不僅將傳統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)進(jìn)行了突破，而且還未未來的煙草機(jī)械的現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)開拓了新的研究方向。

結(jié)語

綜上所述，不難發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)對(duì)于煙草機(jī)械的重要應(yīng)用價(jià)值。隨著時(shí)代不斷的向前推進(jìn)，未來肯定會(huì)有越來越多現(xiàn)金的信息技術(shù)涌入到煙草加工行業(yè)。正因如此，有關(guān)技術(shù)人員一定要懂得不斷加強(qiáng)自身的業(yè)務(wù)技能，將西門子博途驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)與Profinet總線技術(shù)進(jìn)行巧妙的結(jié)合，從而推動(dòng)煙草行業(yè)的穩(wěn)定發(fā)展。