基于Profibus-DP總線的樹脂膠液配比計量及反應釜控制系統設計

戰德志 孫美芹

摘要 以樹脂膠液原料計量配比、反應釜溫度控制為例,開發基于Profibus-DP組成的三級監控網絡系統設計及DP網絡組態方法。該系統實現工藝流程的自動控制,試運行結果表明,達到規定的設計性能指標和要求。詳細介紹該控制系統的控制方案和系統特點。

關鍵詞 Profibus;可編程邏輯控制器;現場總線

中圖分類號:TP273 文獻標識碼:B 文章編號:1671-489X(2009)30-0106-02

Design Control System of Resin Glue Rtio Measurement and Reactor based on Profibus-DP Bus//Zhan Dezhi, Sun Meiqin

Abstract According to the current situation of Resin Glue Rtio Measurement and Reactor, we design a control system of Resin Glue Rtio Measurement and Reactor based on Profibus-DP Bus, which realizes the automation control. The concrete automation control project is introduced, in details. And the design role is presented about the system. At last, the results of operation show that the control system has achieved the performances and satisfied the demands of factory, and it works steadily.

Key words Profibus; PLC; Fieldbus

Authors address

1 College of Automation and Electronic Engineer, Qingdao University of Science & Technology, Qingdao, Shandong, 266042, China

2 The Soda Plant, Shandong Haihua Stock Co., Ltd, Weifang, Shandong, 262737, China

1 概述

在1984年,聯邦德國科技部組織生產自動化控制系統的公司和研究所,根據IS07489標準以開放式系統互聯網絡OSI作為參考模型,開始制訂現場總線的德國國家標準,并同時研制Profibus現場總線產品。1991年,Profibus德國國家標準發布:DIN19245(1-A)。經過多年的開發、生產和應用,Profibus現場總線已形成系列產品,并在各個自動化領域得到廣泛應用。到目前為止,Profibus用戶協會已擁有605個成員,遍布歐洲、美洲、亞洲、非洲和澳大利亞,成員中的150多個生產廠家生產800多種產品。

Profibus是唯一的全集成H1(過程)和H2(工廠自動化)現場總線解決方案,是一種不依賴于廠家的開放式總線標準,可廣泛應用于制造加工、過程和自動化領域。Profibus總線包括3個兼容版本:Profibus-DP(H2)、Profibus-PA(H1)和Profibus-FMS。筆者結合在招遠金都樹脂項目設計實施的樹脂膠液生產過程控制系統,闡述Profibus-DP在生產過程中的應用。

2 生產過程簡介

在覆銅板的生產過程中,從樹脂膠液生產到銅箔層壓是一套連續化的生產過程。樹脂膠液的生產系統應根據不同的配方和反應過程的理想溫度曲線,完成原料配方計量的控制和樹脂膠液生產過程中溫度的控制。生產后的各種樹脂膠液經后續的涂膠、干燥,在專用紙上上膠烘干后切割成塊,并與銅箔一起壓制成型。系統整體框圖如圖1所示。

涂膠、干燥、分切及銅箔壓制采用各定型設備單獨控制。原料配比計量和反應釜的溫度控制、上膠機和空調機組的控制是工程實施設計的主要任務。上述生產過程涉及多個重量、溫度、壓力、物位等測控參數,此外還有一些設備狀態的檢測信號。這些參數及信號都由三級監控網絡實現監測和控制。

樹脂膠液原料計量配方是將甲醇、甲醛、桐油、丙酮等化工原料按一定配方進行計量混配?；炫湓系挠嬃抗薰?4個,需按配方要求進行邏輯組合,以保證各種原料以一定比例投入相應計量罐。

混配后的既定配方原料需按反應釜當前使用情況選擇并投入空閑反應釜,按反應溫控過程曲線自動控制。樹脂生產反應釜共14個,生產的溫控反應曲線分A、B兩種,圖2為A、B溫控反應曲線圖。

3 控制系統設計配置

控制系統采用三級監控網絡。系統最低層是設備控制層,主要完成生產設備的現場控制與監測。第二層是監控層,主要完成生產系統的在線監控,并向設備控制層下達控制指令。這兩層都掛在Profibus-DP網絡上。第三層為廠級管理層,向車間下達生產任務,同時獲取車間生產的數據。系統網絡配置圖如圖3所示。

3.1 現場設備控制層控制系統的配置采用西門子S7-300系列PLC,按用戶監視測控要求,共配置6套現場控制系統:原料計量配方1套,反應釜溫控4套,上膠機及空調機組1套。每套PLC的CPU都選用支持Profibus-DP的315-2DP,6個從站工作在DP-SLAVE模式。每個站配有適當數量的AI/AO、DI/DO及一塊CP340通訊模塊,負責與現場變頻器組通訊,以便控制輸送設備的轉速。原料計量配方控制系統和上膠機及空調站各配有1臺12"真彩pro-face觸摸屏,反應釜溫控站4套PLC每套配有2臺12"真彩pro-face觸摸屏,按反應釜序號及A、B兩種溫控曲線有序組合對應。觸摸屏通過MPI通訊口與PLC通訊,以便將工藝參數及時反饋給現場操作人員并接受現場操作指令。

3.2 監控層監控主站采用研華工控機,進行畫面組態和數據處理監控,一用一備。主站安裝有支持Profibus-DP的西門子CP5611卡和OPC server,工作在DP-SERVER模式。CP5611卡負責現場PLC進行通訊。監控軟件采用組態王,它通過OPCclient和西門子OPC server通訊,獲取現場數據。

監控軟件主要完成的功能包括:1)原料計量配方量數據顯示,當前數據、歷史存儲數據顯示;2)反應釜溫度控制數據及曲線顯示、報警數據顯示,閥、泵的運行狀態;3)上膠機及空調測控參數及曲線顯示、報警數據顯示,閥、泵的運行狀態;4)工藝流程及數據顯示、測控參數的修改;5)計量數據、報警數據、歷史數據等數據的查詢打印;6)操作過程記錄查詢打印處理;7)利用SQL標準數據庫與工廠級管理系統交換數據。

4 DP網絡監控實現

由前述現場設備控制層、監控層的任務及要求,DP各網絡監控實現步驟:1)將各從站通訊網線進行硬件連接;2)主站上安裝好CP5611卡,裝上驅動、simatic net和組態王軟件;3)利用第七步對現場PLC編寫控制程序,對CPU硬件組態時設好DP網絡的地址、通訊速率等參數;4)利用simatic net軟件中的configuration.console在station中添加OPC server程序及CP5611通訊卡;5)配置PC station,利用simatic net軟件中的commissioning wizard與第三步建立的程序建立連接;6)設置下傳,此時作為PC station的計算機和DP設備已經組態成一個完整的DP網絡系統;7)利用simatic net軟件中的OPC scout配置OPC server中需訪問的現場PLC的存儲區地址;8)在組態王中通過OPC client即可訪問OPC server中的數據。

5 結束語

樹脂膠液計量及反應釜控制系統投入使用后,系統運行良好,使覆銅板的生產過程實現全部連續化生產,產品質量、數量大大提高,為廠家帶來很好的經濟效益,提高了市場占有率。

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