現場總線技術在煙草加工自動化中的應用

摘 要:目前，以傳統DCS模式為主流的PLC在工業控制中得到大規模的應用，但在工藝規模不斷擴大、控制精度及速度不斷提高、工廠網絡希望覆蓋范圍一直延伸到生產現場的要求下，原DCS控制系統已越來越不適應卷煙廠打葉復烤工藝的要求。本文簡要介紹了現場總線技術的特點，分析了利用PROFIBUS在設計煙草打葉復烤電控系統中的系統組成、系統功能、系統特性，并給出實現方法。

關鍵詞:現場總線過程控制加工

中圖分類號:TP2文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2011)07(a)-0056-01

1 引言

隨著21世紀信息時代的到來，控制計算機、通訊、網絡等技術的快速發展，人們對于信息交換溝通、傳輸速度與質量的要求越來越高，其領域也正迅速覆蓋從工廠的現場設備層到控制、管理的各個層次。現場總線技術正是在這樣一種形勢下于上個世紀80年代末發展起來的新技術。在經歷了二十多年的發展，其技術已經被廣泛應用于汽車、機械制造、石油化工、煙草機械等領域，巨大的技術優勢使其已經逐步的取代了傳統的PLC點對點的控制方式。它的出現，促進了現場設備的數字化和網絡化，并且極大地加強了現場控制的功能，使過程控制系統更具有開放性，并成為兼具測量、控制和過程診斷等綜合能力的控制系統。

2 現場總線控制系統簡介

所謂現場總線是指應用在生產現場、在微機化辭了控制設備之間實現雙向串行多節點數字通信的系統，也被稱為開放式、數字化、多點通訊的底層控制網絡。現場總線控制系統將生產過程中的各種現場設備(傳感器、執行機構、驅動器等)與控制器用一根電纜連接起來，并且可以與更高層次自動控制領域的自動控制設備進行通訊。

2.1 現場總線系統的特點

現場總線在技術上具有以下特點:

(1)系統的開放性用戶可以按照自己的需要把來自不同供應商的產品組成大小隨意的系統，通過總線構筑成自動化領域的開放互聯系統。

(2)互操作性與互用性互操作性指實現互連設備、系統間的信息傳送與溝通;互用性則指不同生產廠家性能相似的設備可以相互替代。

(3)現場設備智能化它將傳感器測量、補償計算、工程量處理與控制功能分散到現場的設備之中，僅靠現場設備就可完成控制的基本功能。

(4)系統結構高度分散性:從根本上改變了現有的DCS集中與分散相結合的集散控制系統體系，簡化了系統結構，提高了可靠性。

(5)對現場環境的適應性:作為工廠網絡底層的現場總線，具有較強的抗干擾能力，能采用兩線制實現供電與通信。

2.2 幾種常見的現場總線技術

現場總線的標準起草始于1984。國際電工委員會在經過長達15年的爭論之后，最終于2000年1月通過了修訂后的IEC61158國際標準。每一種總線都有各自適用的領域和技術特點。

2.2.1 基金會現場總線(FF，FoundationFieldbus)

基金會現場總線針對過程自動化設計，通過數字、串行、雙向的通訊方法來連接現場裝置。它分低速H1和高速H2兩種通訊速率，H1傳輸速率為31.25bit/s，通訊距離可達1900m。H2傳輸速率可為1Mbit/s和2.5Mbit/s兩種，其通訊距離分別為750m和500m。

2.2.2 Profibus

Profibus是德國國家標準DIN19245和歐洲標準EN50170的現場總線標準。它有三部分組成，分別是Profibus—FMS、Profibus—DP和Profibus—PA。FMS意為現場信息規范，其適用于紡織、樓宇自動化、PLC、低壓開關等。DP型用于分散外設間的高速數據傳輸，適用于加工自動化領域。而PA型則是用于過程自動化的現場總線類型。

2.2.3 DeviceNet(設備網)

設備網是一種低價位的總線，可連接自動化生產系統中廣泛的工業設備。DeviceNe能夠降低設備的安裝費用和時間。相對于Profibus—DP，DeviceNet具有更強大的通訊功能，支持除了主——從方式外的多種通訊方式，可以更靈活的應用于控制系統中。

2.2.4 CAN(Control Area Network)

CAN是控制局域網絡的簡稱，主要用于汽車內部測量與執行部件之間的數據通訊以及其他離散控制領域。其模型結構只有三層:物理層、數據鏈路層和應用層。通訊速率最高可達1Mkbit/s/40m，直接傳輸距離最遠可達10km/5kbit/s。CAN采用短幀結構，因而傳輸時間短，受干擾的概率低，具有較強的抗干擾能力。

2.2.5 Interbus總線

INTERBUS采用國際標準化組織ISO的開放化系統互聯OSI的簡化模型(1，2，7層)，即物理層、數據鏈路層、應用層，具有強大的可靠性、可診斷性和易維護性，廣泛地應用到汽車、煙草、倉儲、造紙、食品等工業。

3 PROFIBUS總線在煙草工業系統中的應用

按照“集中管理、綜合監控、分段控制”的設計原則，大理卷煙廠復烤車間12000kg/h打葉復烤生產線電控系統按功能分三個層次:生產管理層、集中控制層、設備控制層。

最底層(設備控制層):采用PROFIBUS總線連接各ET200M分布式I/O站、智能儀表、操作面板等，通過具備現場總線接口的主控制器(SIMENS CPU414—2DP)實現對各工藝段設備的組合和單機控制。

中間層(集中控制層):作為控制系統的人機交互接口，通過中央監控計算機(WONDERWARE IN—TOUCH9.0)實現對生產線的組合操作、狀態監控、參數設定和報警顯示、記錄等。

最高層(生產管理層):負責處理全線運行過程中的綜合信息，包括人工檢測和錄入工藝、設備、質量等數據，并完整的統計數據和各種分析圖表等。

該系統完成對打葉、復烤、碎片干燥等工藝分布線的生產、運行、控制，并實現生產過程中各主要各主要工藝參數的精確控制，主要包括:各設備電機的本地起/停操作控制、模擬閥的平滑控制、開關閥的通斷等。

與傳統的基于模擬信號傳遞的控制系統相比，該電控系統具有以下特點:安裝在設備端分布I/O站點最大限度地壓縮控制信號傳輸電纜的數量和距離，降低系統安裝成本。

系統采用先進的算法和一系列高性能檢測、執行器件，實現對煙葉水分、溫度等的高精度控制。數據庫管理系統對多配方生產進行有效的管理調度，進一步完善了模塊和配方管理體系。在生產管理層采用交換式以太網、基于C/S體系的數據庫系統、大容量高可用度磁盤陣列等成熟的計算機技術，為生產管理、數據保存、數據分析提供強有力的保證。

參考文獻

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