關于ProfiNET總線在條煙輸送系統中的應用

李金秀

摘 要：文章根據條煙輸送工藝的要求，提出一種基于采用西門子ProfiNET現場總線技術的控制系統，并詳細介紹ProfiNET網絡的硬件配置、系統功能和軟件設計。解決傳統設計中存在的問題，增強了網絡的抗干擾能力，提高了設備的可靠性和自動化水平。

關鍵詞：ProfiNET；IO控制器；IO設備Profibus-DP；主站；從站；監控

1 引言

條煙輸送系統是用于完成卷包車間各包裝機所生產的條煙由包裝機出口至裝封箱機入口段的煙條自動提升、輸送和收集任務。

在以往的設計中，各臺設備互相獨立，設備間的數據交換只能采用聯控線，增加了硬件成本，并且信息量很有限。最近幾年采用Profibus-DP總線方式控制，網速最快只能達到12M，而且網絡抗干擾能力差。如果采用ProfiNET總線控制，數據傳輸速率能達到100M，如果是光纖網絡能達到1000M，而且抗干擾能力相當強，數據的交換相當方便和可靠。各提升機、下滑道及條儲存、動力頭分散I/O是系統網絡內的IO設備，相當于Profibus-DP總線里的從站。該條煙輸送線有一個IO控制器，相當于Profibus-DP總線里的主站。該控制系統還預留一塊以太網模塊和車間管理部門通信。

為了實時監控現場設備的運行狀況，并且能夠設置參數和切換功能，采用西門子多功能觸摸屏MP377作為人機界面。可以在瀏覽該線工藝流程的同時監控各設備子站點的生產運行狀況和故障信息，還能統計每個機臺的實時產量和查詢歷史產量。

2 控制范圍

條煙輸送系統內包含有幾種不同的機械設備。煙條包裝機出口依次設置的是S型條煙提升機、條煙輸送機、下滑道、條儲存直到裝封箱機入口。

條煙輸送的電氣控制系統內，所包含的控制設備站點有提升機站點；下滑道與條儲存組成的站點；條煙輸送動力頭與其相鄰離合器組成的站點；輥子輸送機站點；丹佛斯變頻器站點；上位人機界面站點；及系統主控制器。

3 網絡圖

ProfiNET總線的形式有總線型、星型、樹型、環型和混合型，通常為了減少站點間的相互影響，一般采用星型和總線型混合的組網方式。為了直觀的了解整個系統的網絡分布和交換機的端口走向，采用網絡圖把交換機和各站點的關系表示出來，在實際施工時要做到實際的網絡分布要和網絡規劃圖的一致，否則會給網絡維護造成不便。以下以南寧卷煙廠條煙輸送系統為例。

4 各站點工藝說明

4.1 S型條煙提升機

S型條煙提升機是整個條煙輸送系統工作流程的起點，它與包裝機出口對接，將包裝機出口的條煙自動提升到條煙輸送線上，每臺提升機電機配有變頻器，提升速度可調。

4.2 下滑道及條儲存

下滑道是將條煙輸送線上的條煙根據牌號的不同自動分類匯集，將條煙送入橫向收集機，把條煙的縱向輸送變為橫向輸送。采用選道氣缸選擇進入該臺下滑道的條煙通道，當選中通道時電磁閥得電氣缸伸出，導桿把條煙截留住從立條變為平條輸送并進入滑道送入橫向收集機，沒有選中的通道氣缸不動作條煙被送入后續的下滑道處理。條儲存則是用于當裝封箱機出現問題的時候進行煙條臨時儲存工作，當裝封箱機正常后，其又自動完成機身內儲存的煙條自動排放的工作。下滑道與條儲存共用一個S7 300控制器進行控制，與主站的信息通過總線進行交流。

4.3 條煙輸送動力頭

條煙輸送動力頭是拖動條煙通道的動力裝置，每個動力頭有1臺電機，每個通道有1個離合器，電機運行時要離合器吸合和鏈板才會運轉。當該通道發生堵塞和所對應的下滑道停止時只要脫開離合器該道立即停止，而電機繼續運轉保證其他通道的正常運轉。每個動力頭都有自動潤滑裝置，可以手動對通道進行潤滑，也可以設為自動潤滑。

5 硬件設計

條煙輸送電控系統采用ProfiNET分布式總線結構。將從包裝機出口直至封箱機入口的所有設備，組合為一個分布式網絡，實現整個條煙輸送系統的自動控制、數據采集、產量顯示及遠程診斷等功能。條煙輸送電控系統使用西門子公司S7-317-2PN/DP 做為主控制器，具有功能強大的處理器和交換機功能。交換機采用西門子SCALANCE X200系列網管型，該交換機應用非常廣泛，用在設備級的現場實時性非常高。

S型提升機和下滑道條儲存站點都是采用S7-300PLC和CP343-1網卡和主站組成 ProfiNET網絡，由于自帶PLC，具有很強的獨立性，在調試時非常方便。條煙輸送各動力頭子站箱控制的點位較少，因此采用ET200S 遠程I/O模塊，具備ProfiNET接口，但是不帶CPU功能，程序由主站完成，是一種非常經濟的控制模式。

綜上所述，整個系統的控制核心采用S7-317 PLC做為主控制器，MP377觸摸屏作為系統上位監控設備，各站點通過ProfiNET接口和主站通訊。

6 軟件設計

6.1 主控制器PLC程序設計

6.1.1 主控制器硬件組態

首先在主控制器中組態，通過向導新建一個文件，然后雙擊Hardware，打開硬件組態窗口，選擇CPU317-2PN/DP模塊，并配置成控制器，再組態帶CPU的提升機和下滑道站點，然后再在他們之間做連接，設置IP地址和設備名稱。然后再組態帶PN接口的IM151-3模塊，設置IP地址和設備名稱。

6.1.2 主控制器程序設計

采用STEP7 V5.5編程軟件進行編程，采用模塊化結構編程，整個條煙輸送系統主站的的控制程序有OB組織塊、FC功能塊和DB數據塊構成。組織塊OB是系統操作程序與用戶應用程序在各種條件下的接口界面，用于控制程序的運行。不同的OB有不同的功能。OB1是主程序，主要完成系統初始化、初始參數設定、調用子程序。FC是自定義子程序塊，包括不同的功能或者某臺設備的控制。

6.2 IO設備程序設計

6.2.1 硬件組態

采用S7-300 CPU314控制，通過CP343-1通訊模塊和控制器進行通訊，在硬件組態窗口點擊CP343-1的屬性選擇該站作為IO設備，并且輸入IP地址和設備名稱。然后在OB1程序中調用標準程序FC11（PNIO_SEND）和FC12（PNIO_RECV）實現控制器CPU與CP343-1模塊之間的數據交換。

6.3 MP377觸摸屏的組態

采用Wincc Flexible 組態軟件進行組態，在主畫面上實時監控整條系統中各個設備的狀態（運行、停止、故障），使操作員很直觀地了解系統的工作狀態。組態電機和離合器的手動操作，實時顯示每個通道的煙條產量，能查詢歷史產量，能實現自動交班和手動交班。

7 結束語

在對條煙輸送系統進行電控設計過程中，利用PLC通過ProfiNET現場總線，構建高性能的工業現場局域網，實現對條煙輸送的網絡化監控，提高了網絡的實時性，增強了系統的準確性與可靠性，為卷煙廠實現現代化生產和管理提供了可靠保證。endprint