PROFIBUS現場總線在煙草制絲線上的應用分析

閆文選

摘 要 PROFIBUS總線是一種當前在各行業得到廣泛應用的現場總線標準，而用于自動控制系統和設備級站點之間通信的PROFIBUS-DP是在市場上占有領先地位。PROFIBUS技術在國外的應用和研究已經相當的成熟，而目前，在我國煙草行業PROFIBUS也得到了廣泛的應用，本論文首先對現場總線技術進行概述，然后介紹了河南中煙工業公司駐馬店卷煙廠制絲線電控系統中應用PROFIBUS-DP實現主站與現場的IO子站、變頻器、流量計等設備之間數據交換;應用PROFIBUS-PA總線實現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據通信。

關鍵詞 煙草制絲生產線;現場總線;PROFIBUS-DP;PROFIBUS-PA;智能從站;設備改造

引言

現場總線技術是當今自動化領域發展的熱點之一，代表了今后工業控制技術發展的方向。PROFIBUS現場總線技術已經廣泛應用于加工制造、過程控制和樓宇自動化等領域。煙草制絲生產線采用流水線作業，生產線上使用了大量的智能檢測設備和智能控制器件非常適合PROFIBUS-DP、PROFIBUS-PA現場總線的應用。

1在煙草制絲生產線上應用PROFIBUS現場總線。

在煙草加工業中制絲生產線的流程較長，設備布局較為分散，而且由于近年來煙草加工工藝的要求日益嚴格，從原來的結果控制轉變為現在的過程控制，對控制精度的要求也越來越高，所以制絲生產線上增加了很多水分儀、溫度傳感器、流量計等檢測設備，和變頻器、薄膜閥定位器等控制設備;通過上位機的數采程序向中控室數據庫提供各種過程數據，以便進行統計分析并生成報表。如此大量的數據交換依靠以往的DCS分散控制系統是很難實現的。而PROFIBUS現場總線的特點是：①系統的開放性;②通用性;③現場設備的智能化與功能自治性; ④高度分散性的系統結構;⑤對工作環境的適應[1]。能夠很好地滿足煙草制絲生產線的需求，因此近年來在煙草制絲生產線得到了普遍應用。下圖為河南中煙工業公司駐馬店卷煙廠制絲生產線葉片加工控制段的網絡拓撲結構圖。

圖1 卷煙廠制絲線控制系統網絡拓撲結構圖

從圖中我們可以看到制絲生產線上的IO子站、檢測設備、控制設備、人機界面都接入到PROFIBUS現場總線系統中。

1.1 PROFIBUS-DP在煙草制絲生產線上的使用

DP即分散化外圍設備。PROFIBUS-DP主要應用于現場設備級，它的響應時間從幾ms到幾百ms，數據傳輸速率為9.6～12Mbps，傳輸的數據容量為每個報文多達244個字節，傳輸介質為雙屏蔽雙絞線或光纖[2]。

PROFIBUS-DP協議用于自動化工廠中的現場設備和分布式I/O設備之間所要求的高速數據通信。

以卷煙廠制絲生產線葉片加工段控制系統為例，其PROFIBUS-DP總線為多主站系統：主電控柜中的西門子CPU414—2DP作為PROFIBUS-DP總線系統中的一類主站（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據交換;一臺西門子MP370觸摸屏作為PROFIBUS-DP總線系統中的二類主站（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行設備操作，監控設備運行狀態，修改工藝參數，查閱設備故障信息;22個ET200S作為PROFIBUS-DP IO子站以IM151—1為通信模塊，配置數字量輸入模塊用于接收生產現場的光電開關、接近開關等數字量信號，配置數字量輸出模塊用于控制中間繼電器、指示燈等設備的動作，配置饋電器用于驅動電機運行并檢測電機工作狀態和故障信息;12臺配置PROFIBUS-DP網卡的變頻器用于控制儲柜底帶電機以及喂料機提升帶的轉速;紅外水分儀用來在線檢測生產線上的物料含水率，傳送檢測水分值，接收煙牌號，設置水分檢測通道和水分儀的零點和斜率;電磁流量計數據交換較為簡單一個浮點數用來傳遞檢測到的流量數據和一個單字節的故障代碼。由于葉片控制段站點較多，控制距離較長，布線較為復雜，為避免總線信號衰減和在PROFIBUS-DP上做分支，我們這總線系統上配置了幾個中繼器。

PROFIBUS-DP現場總線的數據傳輸速率為9.6Kbps-12Mbps，因為葉片段控制系統站點較多，數據交換量較大，為兼顧數據交換速度和通信的穩定性（通信速度越高其通信穩定性就會降低，丟包、數據錯誤出現的概率就越大），我們將總線通信速度設定為187.k/s。

PROFIBUS-DP現場總線通信速度快，通信穩定性好，兼容性較強，但由于其總線的線型連接，在總線上一個節點出現總線接頭氧化或接觸不良的情況后，其后的站點都會隨之通信故障;而總線終端電阻接觸不良則會受到附近變頻器等設備的電磁干擾，造成部分站點或全部站點通信故障。總線接頭接觸不良和終端電阻接觸不良是我們在使用PROFIBUS-DP現場總線出現頻率最高的故障，約占總故障率的50%。

2結束語

通過在一段時間內觀察PROFIBUS現場總線在河南中煙駐馬店卷煙廠的運行情況，我們認為PROFIBUS現場總線通信響應速度快實時性較好，通信穩定性強，數據交換容量大，可以有效滿足煙草制絲工藝對過程數據的需求;有大量的支持PROFIBUS通信協議的儀器儀表及其他設備，具有良好的可擴展性，可以方便、快捷地增加設備站點。PROFIBUS現場總線投入運行后較之以往的集散控制系統設備故障率大大降低，生產線運行連續性穩定性增強，有效保證了產品質量;通信速度快、數據交換量大滿足當前煙草制絲生產線對過程工藝數據和生產數據的需求，從設備層面上滿足為煙草制絲生產線完成從結果控制向過程控制的需要。

參考文獻

[1] 周益明.Profibus-DP現場總線通信研究及智能從站設計[D].南京：南京航空航天大學，2005.

[2] 張曉剛，基于PROFIBUS現場總線控制系統的研究與開發[D].浙江：浙江大學信息科學與工程學院，2003.