PROFIBUS現(xiàn)場總線在煙草制絲線上的應(yīng)用分析

閆文選

摘 要 PROFIBUS總線是一種當(dāng)前在各行業(yè)得到廣泛應(yīng)用的現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)，而用于自動(dòng)控制系統(tǒng)和設(shè)備級站點(diǎn)之間通信的PROFIBUS-DP是在市場上占有領(lǐng)先地位。PROFIBUS技術(shù)在國外的應(yīng)用和研究已經(jīng)相當(dāng)?shù)某墒?，而目前，在我國煙草行業(yè)PROFIBUS也得到了廣泛的應(yīng)用，本論文首先對現(xiàn)場總線技術(shù)進(jìn)行概述，然后介紹了河南中煙工業(yè)公司駐馬店卷煙廠制絲線電控系統(tǒng)中應(yīng)用PROFIBUS-DP實(shí)現(xiàn)主站與現(xiàn)場的IO子站、變頻器、流量計(jì)等設(shè)備之間數(shù)據(jù)交換;應(yīng)用PROFIBUS-PA總線實(shí)現(xiàn)主站對溫度傳感器等傳感器及對閥門定位器等控制器件的數(shù)據(jù)通信。

關(guān)鍵詞 煙草制絲生產(chǎn)線;現(xiàn)場總線;PROFIBUS-DP;PROFIBUS-PA;智能從站;設(shè)備改造

引言

現(xiàn)場總線技術(shù)是當(dāng)今自動(dòng)化領(lǐng)域發(fā)展的熱點(diǎn)之一，代表了今后工業(yè)控制技術(shù)發(fā)展的方向。PROFIBUS現(xiàn)場總線技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于加工制造、過程控制和樓宇自動(dòng)化等領(lǐng)域。煙草制絲生產(chǎn)線采用流水線作業(yè)，生產(chǎn)線上使用了大量的智能檢測設(shè)備和智能控制器件非常適合PROFIBUS-DP、PROFIBUS-PA現(xiàn)場總線的應(yīng)用。

1在煙草制絲生產(chǎn)線上應(yīng)用PROFIBUS現(xiàn)場總線。

在煙草加工業(yè)中制絲生產(chǎn)線的流程較長，設(shè)備布局較為分散，而且由于近年來煙草加工工藝的要求日益嚴(yán)格，從原來的結(jié)果控制轉(zhuǎn)變?yōu)楝F(xiàn)在的過程控制，對控制精度的要求也越來越高，所以制絲生產(chǎn)線上增加了很多水分儀、溫度傳感器、流量計(jì)等檢測設(shè)備，和變頻器、薄膜閥定位器等控制設(shè)備;通過上位機(jī)的數(shù)采程序向中控室數(shù)據(jù)庫提供各種過程數(shù)據(jù)，以便進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析并生成報(bào)表。如此大量的數(shù)據(jù)交換依靠以往的DCS分散控制系統(tǒng)是很難實(shí)現(xiàn)的。而PROFIBUS現(xiàn)場總線的特點(diǎn)是：①系統(tǒng)的開放性;②通用性;③現(xiàn)場設(shè)備的智能化與功能自治性; ④高度分散性的系統(tǒng)結(jié)構(gòu);⑤對工作環(huán)境的適應(yīng)[1]。能夠很好地滿足煙草制絲生產(chǎn)線的需求，因此近年來在煙草制絲生產(chǎn)線得到了普遍應(yīng)用。下圖為河南中煙工業(yè)公司駐馬店卷煙廠制絲生產(chǎn)線葉片加工控制段的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖。

圖1 卷煙廠制絲線控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖

從圖中我們可以看到制絲生產(chǎn)線上的IO子站、檢測設(shè)備、控制設(shè)備、人機(jī)界面都接入到PROFIBUS現(xiàn)場總線系統(tǒng)中。

1.1 PROFIBUS-DP在煙草制絲生產(chǎn)線上的使用

DP即分散化外圍設(shè)備。PROFIBUS-DP主要應(yīng)用于現(xiàn)場設(shè)備級，它的響應(yīng)時(shí)間從幾ms到幾百ms，數(shù)據(jù)傳輸速率為9.6～12Mbps，傳輸?shù)臄?shù)據(jù)容量為每個(gè)報(bào)文多達(dá)244個(gè)字節(jié)，傳輸介質(zhì)為雙屏蔽雙絞線或光纖[2]。

PROFIBUS-DP協(xié)議用于自動(dòng)化工廠中的現(xiàn)場設(shè)備和分布式I/O設(shè)備之間所要求的高速數(shù)據(jù)通信。

以卷煙廠制絲生產(chǎn)線葉片加工段控制系統(tǒng)為例，其PROFIBUS-DP總線為多主站系統(tǒng)：主電控柜中的西門子CPU414—2DP作為PROFIBUS-DP總線系統(tǒng)中的一類主站（DPM 1），通過CPU上集成的PROFIBUS-DP接口處理與指定從站間用戶的數(shù)據(jù)交換;一臺西門子MP370觸摸屏作為PROFIBUS-DP總線系統(tǒng)中的二類主站（DPM2），用來做葉片控制段的操作員工作站，操作人員通過觸摸屏進(jìn)行設(shè)備操作，監(jiān)控設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，修改工藝參數(shù)，查閱設(shè)備故障信息;22個(gè)ET200S作為PROFIBUS-DP IO子站以IM151—1為通信模塊，配置數(shù)字量輸入模塊用于接收生產(chǎn)現(xiàn)場的光電開關(guān)、接近開關(guān)等數(shù)字量信號，配置數(shù)字量輸出模塊用于控制中間繼電器、指示燈等設(shè)備的動(dòng)作，配置饋電器用于驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)行并檢測電機(jī)工作狀態(tài)和故障信息;12臺配置PROFIBUS-DP網(wǎng)卡的變頻器用于控制儲(chǔ)柜底帶電機(jī)以及喂料機(jī)提升帶的轉(zhuǎn)速;紅外水分儀用來在線檢測生產(chǎn)線上的物料含水率，傳送檢測水分值，接收煙牌號，設(shè)置水分檢測通道和水分儀的零點(diǎn)和斜率;電磁流量計(jì)數(shù)據(jù)交換較為簡單一個(gè)浮點(diǎn)數(shù)用來傳遞檢測到的流量數(shù)據(jù)和一個(gè)單字節(jié)的故障代碼。由于葉片控制段站點(diǎn)較多，控制距離較長，布線較為復(fù)雜，為避免總線信號衰減和在PROFIBUS-DP上做分支，我們這總線系統(tǒng)上配置了幾個(gè)中繼器。

PROFIBUS-DP現(xiàn)場總線的數(shù)據(jù)傳輸速率為9.6Kbps-12Mbps，因?yàn)槿~片段控制系統(tǒng)站點(diǎn)較多，數(shù)據(jù)交換量較大，為兼顧數(shù)據(jù)交換速度和通信的穩(wěn)定性（通信速度越高其通信穩(wěn)定性就會(huì)降低，丟包、數(shù)據(jù)錯(cuò)誤出現(xiàn)的概率就越大），我們將總線通信速度設(shè)定為187.k/s。

PROFIBUS-DP現(xiàn)場總線通信速度快，通信穩(wěn)定性好，兼容性較強(qiáng)，但由于其總線的線型連接，在總線上一個(gè)節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)總線接頭氧化或接觸不良的情況后，其后的站點(diǎn)都會(huì)隨之通信故障;而總線終端電阻接觸不良則會(huì)受到附近變頻器等設(shè)備的電磁干擾，造成部分站點(diǎn)或全部站點(diǎn)通信故障?？偩€接頭接觸不良和終端電阻接觸不良是我們在使用PROFIBUS-DP現(xiàn)場總線出現(xiàn)頻率最高的故障，約占總故障率的50%。

2結(jié)束語

通過在一段時(shí)間內(nèi)觀察PROFIBUS現(xiàn)場總線在河南中煙駐馬店卷煙廠的運(yùn)行情況，我們認(rèn)為PROFIBUS現(xiàn)場總線通信響應(yīng)速度快實(shí)時(shí)性較好，通信穩(wěn)定性強(qiáng)，數(shù)據(jù)交換容量大，可以有效滿足煙草制絲工藝對過程數(shù)據(jù)的需求;有大量的支持PROFIBUS通信協(xié)議的儀器儀表及其他設(shè)備，具有良好的可擴(kuò)展性，可以方便、快捷地增加設(shè)備站點(diǎn)。PROFIBUS現(xiàn)場總線投入運(yùn)行后較之以往的集散控制系統(tǒng)設(shè)備故障率大大降低，生產(chǎn)線運(yùn)行連續(xù)性穩(wěn)定性增強(qiáng)，有效保證了產(chǎn)品質(zhì)量;通信速度快、數(shù)據(jù)交換量大滿足當(dāng)前煙草制絲生產(chǎn)線對過程工藝數(shù)據(jù)和生產(chǎn)數(shù)據(jù)的需求，從設(shè)備層面上滿足為煙草制絲生產(chǎn)線完成從結(jié)果控制向過程控制的需要。

參考文獻(xiàn)

[1] 周益明.Profibus-DP現(xiàn)場總線通信研究及智能從站設(shè)計(jì)[D].南京：南京航空航天大學(xué)，2005.

[2] 張曉剛，基于PROFIBUS現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的研究與開發(fā)[D].浙江：浙江大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院，2003.