PROFINET在煙草模塊化制絲線中的應(yīng)用

白延洪 朱東華 龐哲忠

引言：本文介紹了新型工業(yè)以太網(wǎng)給自動化帶來的新技術(shù)。文章以延安煙廠為例，主要介紹、闡述了原有系統(tǒng)的存在問題，給出了新系統(tǒng)的設(shè)計思路、控制點(diǎn)及優(yōu)勢等。

一、原有現(xiàn)場存在問題

在舊的系統(tǒng)中，各段相互獨(dú)立，工藝順序單一，適用固定品牌的大批量生產(chǎn)制作。但隨著卷煙市場競爭激烈，新產(chǎn)品的投產(chǎn)要工藝技術(shù)不斷改進(jìn)，此時這類電控系統(tǒng)的剛性就暴露無遺。工藝段進(jìn)行調(diào)整時，整個工藝段的電控系統(tǒng)要重新設(shè)計；制絲線的整線調(diào)整就等同于新建一條生產(chǎn)線。此外，MP370的人機(jī)界面功能單一，且當(dāng)它出現(xiàn)問題時，其所監(jiān)控的設(shè)備就完成啟動停止任務(wù)；更為可怕的是：當(dāng)正常停機(jī)和故障停機(jī)時，整條工藝段都不能運(yùn)行正常。電控系統(tǒng)難于維護(hù)、結(jié)構(gòu)繁雜，無法適應(yīng)目前先進(jìn)的柔性生產(chǎn)理念的要求。

二、技改后制絲控制系統(tǒng)的設(shè)計簡述

1、控制系統(tǒng)的選型方向

目前，標(biāo)志著未來通信技術(shù)發(fā)展的控制網(wǎng)絡(luò)在自動化領(lǐng)域內(nèi)最前沿的是PROFINET。延安卷煙廠原有的控制系統(tǒng)采用的是邏輯電路和西門子PROFIBUS-DP共存的方式，先進(jìn)的現(xiàn)代化生產(chǎn)模式、工藝控制要求促使該套系統(tǒng)已經(jīng)完全不能滿足，而全新的PROFINET的診斷功能可以快捷、方便的反應(yīng)生產(chǎn)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)和物料的過程工藝控制數(shù)據(jù)。在此延安卷煙廠優(yōu)先選用了西門子工業(yè)以太網(wǎng)（PROFINET）。

2、器件選擇思路

可編程控制器、現(xiàn)場控制柜、子站柜等器件，選用最新的西門子工業(yè)以太網(wǎng)PROFINET技術(shù)。但致使相關(guān)器件的通信接口就帶來了新的需求。可編程控制器的CPU必須具備PROFINET接口，現(xiàn)場子站柜的通信耦合器也同樣要求具備該通信接口。具體選型為：PLC主站采用的是西門子S7-300/400PLC，遠(yuǎn)程I/O子站采用西門子的ET200S，控制層網(wǎng)絡(luò)由最新的SCALANCEX系列交換機(jī)組成，其中SCALANCE X200連接工藝以太網(wǎng)，骨干網(wǎng)絡(luò)采用SCALANCE X414形成一個冗余的環(huán)形網(wǎng)絡(luò)，提高了正常通信的可靠性。

三、新系統(tǒng)實(shí)施后簡介

1、集中控制系統(tǒng)

延安卷煙廠易地技改項目制絲線管控系統(tǒng)由設(shè)備基礎(chǔ)層、監(jiān)控集中層、生產(chǎn)過程管理層三層構(gòu)成。工業(yè)網(wǎng)絡(luò)PROFINET、DP網(wǎng)和PA網(wǎng)共同構(gòu)建出設(shè)備基礎(chǔ)控制層的高速通訊道路，并構(gòu)成上位通訊鏈路滿足監(jiān)控集中層的數(shù)據(jù)輸入輸出要求。

PROFINET光纖交換機(jī)構(gòu)建出一個千兆光纖環(huán)網(wǎng)，不再依靠物料流向來劃分的各生產(chǎn)工藝設(shè)備段的設(shè)備，它們都全部就近接入該先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)。但是其邏輯結(jié)構(gòu)只需要在STEP 7中調(diào)試硬件組態(tài)時完成。

各工藝控制段相應(yīng)的現(xiàn)場操作站通過主干網(wǎng)絡(luò)連接到設(shè)備監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)和管理生產(chǎn)的網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)對各控制段設(shè)備的監(jiān)控、啟停，同時，可方便的查詢生產(chǎn)數(shù)據(jù)、工藝數(shù)據(jù)和物料貯存數(shù)據(jù)。所用的數(shù)據(jù)庫服務(wù)器也同樣可以方便的接入工業(yè)以太網(wǎng)采集相關(guān)數(shù)據(jù)。

監(jiān)控集中系統(tǒng)利用網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)了控制、監(jiān)控和生產(chǎn)管理的三網(wǎng)統(tǒng)一。對于線控進(jìn)行了合理的規(guī)劃，不僅將實(shí)時的小數(shù)據(jù)量控制信號可靠傳輸同時也滿足了大數(shù)據(jù)量的數(shù)據(jù)傳輸要求。1000M的光纖環(huán)網(wǎng)為系統(tǒng)提供了足夠的帶寬，同時網(wǎng)絡(luò)鏈路的冗余功能也保證了核心網(wǎng)絡(luò)的可靠性。

管理生產(chǎn)層為日常的制絲線生產(chǎn)提供可視支持，通過相關(guān)的設(shè)置即可與制絲生產(chǎn)緊密相連，實(shí)現(xiàn)對生產(chǎn)任務(wù)的全過程監(jiān)控管理，對制絲生產(chǎn)中的過程數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析、保存和打印。它還提供了制絲線生產(chǎn)計劃的調(diào)度管理功能，利用制絲作業(yè)計劃任務(wù)指揮調(diào)度平臺，全面實(shí)現(xiàn)了對制絲生產(chǎn)的統(tǒng)一調(diào)度、管理功能，也實(shí)現(xiàn)了對制絲線過程參數(shù)的跟蹤。制絲生產(chǎn)管理系統(tǒng)是集于廠級MES系統(tǒng)和車間集中監(jiān)控系統(tǒng)之間的中間系統(tǒng)，它在制絲線生產(chǎn)管理功能的基礎(chǔ)上，提供了可靠接口，同時也將制絲生產(chǎn)過程的相關(guān)數(shù)據(jù)上報至廠級的MES，實(shí)現(xiàn)兩系統(tǒng)的勿擾集成功能。

2、新制絲線工藝控制流程

配置煙葉工序按照卷煙工藝規(guī)范配方要求，完成了煙片和原梗的自動組合；葉片預(yù)處理工序?qū)⒏黝愋偷燃壊煌臒熑~加濕、加溫、回潮、松散、加糖料，根據(jù)工藝配方標(biāo)準(zhǔn)要求完成一定數(shù)量的煙葉預(yù)配工藝任務(wù)；葉絲處理工序?qū)⒒旌虾筚A存到工藝要求存在時間的煙片由貯料葉柜送出，經(jīng)過篩分、切絲、定量喂料、葉絲加濕、加溫、進(jìn)入烘干工藝環(huán)節(jié)；原梗處理段將干燥的煙梗水洗、增溫增濕、按照規(guī)定時間存放滲透后，使其具備煙梗切絲條件；梗絲處理段工序?qū)⑻幚砗玫脑Ｓ少A柜送出，經(jīng)蒸梗、光譜除雜、壓梗、金屬探測、切梗、膨脹、風(fēng)冷定型等，進(jìn)入貯梗絲柜待用；摻配加香段則實(shí)現(xiàn)了葉絲、梗絲、膨脹絲、再造薄片絲、殘煙絲的按照工藝技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求的比例摻兌、加香、貯存，最終通過風(fēng)力送絲設(shè)備將合格的煙絲風(fēng)送至對應(yīng)的卷煙機(jī)組。

3、控制網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建的要點(diǎn)

新的工業(yè)以太網(wǎng)PROFINET控制系統(tǒng)帶來一個問題，大量的設(shè)備直接連在網(wǎng)絡(luò)中，導(dǎo)致大量的數(shù)據(jù)包充斥網(wǎng)絡(luò)，造成通訊效能下降。解決該問題的辦法就是使用VLAN(虛擬局域網(wǎng))，即在交換機(jī)中啟動VLAN功能，將邏輯上屬于同一工藝段的電氣器件劃歸同一個VLAN。VLAN 是可以不管物理位置而分配節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)，它的特殊優(yōu)點(diǎn)是為節(jié)點(diǎn)和其它VLAN 網(wǎng)段降低網(wǎng)絡(luò)負(fù)載。

四、結(jié)束語

PROFINET 在新電控系統(tǒng)中集成了強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)功能，實(shí)現(xiàn)了從網(wǎng)絡(luò)施工安裝到WEB技術(shù)診斷功能的整個自動化解決方案；PROFINE還方便的解決了各個制作廠家通信不統(tǒng)一及通信接口問題，主要原因是塔提高了高標(biāo)準(zhǔn)化的工程接口。促使新制絲線中網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議更加簡單、明了，從很大程度上節(jié)約了施工費(fèi)用和以后的維護(hù)費(fèi)用。

參考文獻(xiàn)

[1]中國工控網(wǎng)http://www.gongkong.com/.

[2]人民郵電出版社?西門子PROFINET 工業(yè)通信指南?.

[3]電子工業(yè)出版社?現(xiàn)場指南PROFINET?.