Profinet在制絲線自動(dòng)化系統(tǒng)中的應(yīng)用

煙草在線專稿　　

川渝中煙重慶煙草工業(yè)公司黔江分廠制絲車間主要承擔(dān)全廠煙絲生產(chǎn)的任務(wù)。工欲善其事，必先利其器，車間注重設(shè)備工作，以設(shè)備保障生產(chǎn)。制絲線是一條現(xiàn)代化的生產(chǎn)線，自動(dòng)化程度高，車間在設(shè)備方面一直積極探索國(guó)內(nèi)外新技術(shù)，本文就著重介紹了Profinet在制絲線自動(dòng)化系統(tǒng)中的應(yīng)用。

　　一、Profinet在制絲線自動(dòng)化系統(tǒng)中的應(yīng)用的背景

　?。ㄒ唬╇S著計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的不斷發(fā)展，煙草行業(yè)制絲生產(chǎn)線的自動(dòng)化應(yīng)用水平也不斷提升。

　　當(dāng)前全國(guó)制絲線的自動(dòng)化系統(tǒng)主要采用profibus總線，分廠制絲車間也主要采用profibus總線系統(tǒng)，總線在制絲線分布式控制系統(tǒng)中發(fā)揮著重要作用。但是其自身的缺點(diǎn)也逐步暴露出來，比如系統(tǒng)穩(wěn)定性差、網(wǎng)絡(luò)故障解決比較困難等，由于總線問題，曾經(jīng)多次造成制絲線全線停機(jī)，profibus總線成了制約制絲線自動(dòng)化發(fā)展的技術(shù)瓶頸。

　　制絲車間在新一輪的技改時(shí)，認(rèn)真參考、學(xué)習(xí)國(guó)內(nèi)外新的自動(dòng)化技術(shù)，車間積極提出了profinet以太網(wǎng)控制方案，修改了昆船繼續(xù)使用總線的技改方案，協(xié)同工程科，新的技改方案得以實(shí)施，在國(guó)內(nèi)煙草行業(yè)率先全線應(yīng)用profinet工業(yè)以太網(wǎng)，profinet的應(yīng)用較好地解決了profibus總線存在的問題。制絲車間積極創(chuàng)新利用新技術(shù)，為煙草行業(yè)制絲線的自動(dòng)化發(fā)展提供了借鑒和參考。

　　（二）制絲線Profibus總線系統(tǒng)介紹。

　　profibus是國(guó)際上通用的現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)，二十世紀(jì)末開始在中國(guó)推廣使用。Profibus主要進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的數(shù)據(jù)通訊，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)分布式I/O進(jìn)行有效地集成。

　　黔江分廠在技術(shù)改造前（2008年前），制絲線自動(dòng)化系統(tǒng)主要采用profibus總線系統(tǒng)，技改前的制絲線自動(dòng)化系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)如下圖：

制絲車間技術(shù)改造前分為四個(gè)工段：葉片處理段、梗處理段、煙絲處理段、風(fēng)力送絲段。每個(gè)工段由可編程控制器PLC　s7-400控制，PLC　s7-400由交換機(jī)接入以太網(wǎng)。每工段的PLC　s7-400以下為profibus總線，圖中紅色網(wǎng)線連接部分即為profibus總線系統(tǒng)，profibus總線連接數(shù)量眾多的子站ET200S（包括各種檢測(cè)、執(zhí)行元器件等）。

　?。ㄈ?yīng)用Profibus總線存在的主要問題

　　1、Profibus總線系統(tǒng)穩(wěn)定性差，主要是在復(fù)雜的生產(chǎn)環(huán)境中，總線防電磁干擾能力差所致。車間本身就有許多電磁干擾源，比如燒電焊、大電流的設(shè)備起動(dòng)等都會(huì)產(chǎn)生電磁干擾，因此在實(shí)際生產(chǎn)中經(jīng)常發(fā)生因電磁干擾造成總線網(wǎng)絡(luò)故障。

　　2、總線故障診斷困難，沒有可靠的測(cè)試儀器，主要憑個(gè)人經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行判斷。我廠在實(shí)際工作中，由于總線故障難于判斷，曾造成制絲線停產(chǎn)22小時(shí)的后果，導(dǎo)致企業(yè)較大的經(jīng)濟(jì)損失。

　　3、Profibus總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)不夠靈活，由于硬件所限，擴(kuò)展成星型或樹型難度較大。從上圖可看出，總線拓?fù)?/strong>從主站到子站由一根雙絞線連到底，這就會(huì)導(dǎo)致一段總線或一個(gè)節(jié)點(diǎn)（子站）故障，其后續(xù)節(jié)點(diǎn)（子站）全部停止工作，車間經(jīng)常發(fā)生因某單臺(tái)設(shè)備總線故障導(dǎo)致全工段停機(jī)。星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)能保證各節(jié)點(diǎn)相互獨(dú)立工作。

　　4、Profibus總線只實(shí)現(xiàn)了底層I/O設(shè)備集成，不能與IT網(wǎng)絡(luò)直接相聯(lián)，與管理層沒有效地集成。

　　二、Profinet在制絲線自動(dòng)化系統(tǒng)中的應(yīng)用的內(nèi)涵和主要做法

　?。ㄒ唬﹑rofinet工業(yè)以太網(wǎng)介紹

　　1、Profinet的通信方式

　　Profinet是西門子2004年開始推行使用的工業(yè)以太網(wǎng)。是新一代基于工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)的自動(dòng)化總線標(biāo)準(zhǔn)，兼容工業(yè)以太網(wǎng)和現(xiàn)有的現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)。

　　Profinet有三種通信方式：

　　第一種是TCP/IP標(biāo)準(zhǔn)通信。

　　第二種是實(shí)時(shí)通信。應(yīng)用于傳感器和執(zhí)行器之間的數(shù)據(jù)交換。

　　第三種是等時(shí)同步實(shí)時(shí)（IRT）通信。應(yīng)用于實(shí)時(shí)性要求很高的運(yùn)動(dòng)控制。

　　從上面profinet通信方式來看，profinet是真正的工業(yè)以太網(wǎng)，能同時(shí)傳遞實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和標(biāo)準(zhǔn)的TCP/IP數(shù)據(jù)。

　　2、profinet的特點(diǎn)

　　系統(tǒng)開放性、實(shí)時(shí)性、穩(wěn)定性好。以太網(wǎng)以前主要用于商業(yè)、辦公系統(tǒng)，性能穩(wěn)定可靠，西門子把以太網(wǎng)引入工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，替代以前用profibus總線連接底層設(shè)備的狀況，從而保證了大量底層設(shè)備高效可靠通訊。

　　網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)靈活多樣地組網(wǎng)。由于硬件上的改進(jìn)，使用網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)scalance很容易組成星型、樹型等。

　　基于TCP/IP的標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)，系統(tǒng)兼容性好，資源共享能力強(qiáng)，很容易實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)集成。

　?。ǘ﹑rofinet在制絲線的應(yīng)用

　　分廠制絲生產(chǎn)線以前主要運(yùn)用profibus總線，2008年11月對(duì)制絲生產(chǎn)線的自動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行了技術(shù)改造，用工業(yè)以太網(wǎng)profinet代替profibus總線系統(tǒng)。　　

　整個(gè)制絲生產(chǎn)線自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)分為兩級(jí)：管理層和設(shè)備層。

　　管理層：由以太網(wǎng)Ethernet構(gòu)成；設(shè)備層：由profinet工業(yè)以太網(wǎng)構(gòu)成。

　　管理層（以太網(wǎng)Ethernet）主要實(shí)施管理功能，設(shè)備層（profinet）主要實(shí)施設(shè)備控制功能，是車間的主干網(wǎng)絡(luò)。Profinet網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)光纖環(huán)網(wǎng)，環(huán)形網(wǎng)具有冗余功能，它的優(yōu)點(diǎn)是：當(dāng)網(wǎng)絡(luò)某一處故障時(shí)，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)仍保持通訊正常。

　　技改后的制絲生產(chǎn)線由五個(gè)工藝段構(gòu)成：葉片處理段、葉絲處理段、梗及梗處理段、摻配處理段、風(fēng)力送絲段。每個(gè)工段是profinet網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)主結(jié)點(diǎn)，用以太網(wǎng)交換機(jī)scalance（x408）以星型拓樸連接PLC　S7-400、操作站PC677、scalance（x208）、部分檢測(cè)執(zhí)行元器件等。scalance（x208）下面再以星型形式連接數(shù)量眾多的子站ET200S。為節(jié)約成本，技改保留了部分profibus設(shè)備，主要是數(shù)量較多的倫茨變頻器和電子秤等。上圖中紅色網(wǎng)線相連的即為保留的profibus系統(tǒng)。

　　這套制絲線自動(dòng)化系統(tǒng)很容易地實(shí)現(xiàn)了星型結(jié)構(gòu)，改變了傳統(tǒng)的profibus總線難以實(shí)現(xiàn)星型拓樸的狀況，這樣一個(gè)子站故障其它子站同樣也能工作，一臺(tái)設(shè)備故障不會(huì)造成全段停機(jī)，從而保證網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的各結(jié)點(diǎn)能相互獨(dú)立工作。

　　三、Profinet在制絲線自動(dòng)化系統(tǒng)中的應(yīng)用的效果

　?。ㄒ唬└脑煨Ч８脑旌蟮闹平z線自動(dòng)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)清晰，層次簡(jiǎn)單明了。整個(gè)profinet系統(tǒng)已工作運(yùn)行1年多，系統(tǒng)實(shí)時(shí)性好，穩(wěn)定性和可靠性明顯提升，　1年來沒有發(fā)生一次由于網(wǎng)絡(luò)故障產(chǎn)生停機(jī)的現(xiàn)象。整個(gè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)信息處理能力大為加強(qiáng)，掛接在profinet上的每一設(shè)備或儀表都有單獨(dú)的IP地址，能夠在整個(gè)以太網(wǎng)內(nèi)進(jìn)行任意通訊，實(shí)現(xiàn)了底層設(shè)備的數(shù)據(jù)通訊簡(jiǎn)單化、標(biāo)準(zhǔn)化?！?/p>

　　（二）制絲線自動(dòng)化系統(tǒng)的發(fā)展方向。profibus現(xiàn)場(chǎng)總線只能實(shí)現(xiàn)底層設(shè)備的通訊，系統(tǒng)難以集成，工業(yè)以太網(wǎng)取代現(xiàn)場(chǎng)總線是今后工業(yè)應(yīng)用的重要發(fā)展方向，profinet也是今后制絲生產(chǎn)線發(fā)展的必然趨勢(shì)。

　　黔江分廠制絲生產(chǎn)線利用Profinet工業(yè)以太網(wǎng)，在車間內(nèi)實(shí)現(xiàn)了統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，搭建了自動(dòng)化領(lǐng)域新的控制平臺(tái)。profinet在全國(guó)煙草行業(yè)才處于起始階段，黔江分廠制絲車間已經(jīng)實(shí)施成為一個(gè)比較成功的案例，為煙草行業(yè)制絲生產(chǎn)線的自動(dòng)化發(fā)展提供了重要的參考作用，也在全國(guó)制絲生產(chǎn)線樹立了標(biāo)桿、榜樣作用。