基于Profibus現(xiàn)場總線的CIPS在制漿造紙工業(yè)中的應(yīng)用方案

　?。?）過程控制層：現(xiàn)場總線是將自動化最底層的現(xiàn)場控制器和現(xiàn)場智能儀表設(shè)備互聯(lián)的實時控制通信網(wǎng)絡(luò)，又稱之為工廠的底層網(wǎng)絡(luò) Infranet，遵循 ISO 的 OSI 開放互聯(lián)參考模型的全部或部分協(xié)議。這一層可能包含有基金會現(xiàn)場總線 FF 的 HI 網(wǎng)段，或 HART, Profibus, LonWorks 等網(wǎng)段，同種通信協(xié)議的網(wǎng)段可采用網(wǎng)橋、中繼器連接，各不同通信協(xié)議的網(wǎng)段之間則采用網(wǎng)關(guān)相連，或直接在操作站的計算機內(nèi)交換信息。

　　以現(xiàn)場總線為基礎(chǔ)的過程控制層計算機網(wǎng)絡(luò)是企業(yè)信息集成的物質(zhì)基礎(chǔ)和運行環(huán)境，是實現(xiàn)資源共享和作業(yè)分布處理的工具與工作環(huán)境。它的設(shè)計與實施直接影響整個CIPS系統(tǒng)的性能與功能。

　　4.2 基于Profibus現(xiàn)場總線的過程控制層

　　該部分以Profibus現(xiàn)場總線為網(wǎng)絡(luò)平臺（如圖5），以SIMATIC PCS7自動化系統(tǒng)為控制平臺，將企業(yè)所有過程高效率地、全范圍地集成到完整的企業(yè)環(huán)境中來，主要包括過程監(jiān)控、先進控制、過程優(yōu)化等。此外，質(zhì)量、儲運、公用工程、環(huán)境監(jiān)控等也是過程級控制管理的重要組成部分。具體實現(xiàn)為：

　　分散過程控制裝置 主要由S7-400 PLC自動化系統(tǒng)和分布式I/O組成，它不但可以完成復(fù)雜的控制任務(wù)，而且還可以作為一個系統(tǒng)部件通過網(wǎng)絡(luò)與操作員站OS和工程站ES相連接。分布式I/O模塊插入ET200M分布式I/O站內(nèi)，通過Profibus-DP連接到中央單元。

　　操作員站（OS） 操作員站通過通信處理器與工廠級的工業(yè)以太網(wǎng)相連， 采用了世界通用的數(shù)據(jù)/接口標準，包括OPC、OCX、ODBC以及WEB訪問函數(shù)，即使是非常特殊的需求，PCS7中也能滿足。操作員通過上位機的Wincc對各個車間生產(chǎn)線進行監(jiān)視和操作控制， WinCC人機界面軟件是各操作站操作控制和監(jiān)控的基礎(chǔ)，可以保證數(shù)據(jù)的可靠性，它能使PC成為高效能的監(jiān)控系統(tǒng)，其集成數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)可以優(yōu)化控制回路,并在調(diào)試過程中解決問題。

　　工程師站（ES） 工程師站（也稱為工程師系統(tǒng)）是由工程師根據(jù)上述制漿造紙工藝流程和各條生產(chǎn)線過程控制要求，為PCS7的操作員站、自動化系統(tǒng)以及分布式I/O提供全廠范圍的編程。它包括一個帶有Windows NT Workstation操作系統(tǒng)的SIMATIC RI45 Desktop工業(yè)PC，增加了OS控制系統(tǒng)軟件、OS工程軟件、S7/PMC、工程師工具集、“基本塊”庫和“技術(shù)塊”庫，用于Profibus或工業(yè)以太網(wǎng)的組態(tài)軟件，以及帶有驅(qū)動軟件的匹配接口模塊和與終端總線連接的接口。其通用的數(shù)據(jù)庫和相互兼容的工具在很大程度上防止了多重導(dǎo)入和可能的錯誤;使用工藝分級配置，工廠可以按照功能的不同進行組態(tài);用戶只需處理所選擇的與過程任務(wù)一致的對象;使用來自CAE工具的工藝數(shù)據(jù)，使預(yù)先配置好的數(shù)據(jù)可以自動重復(fù)使用。

　　通訊系統(tǒng) SIMATIC PCS7的通訊系統(tǒng)包括系統(tǒng)總線和現(xiàn)場總線。系統(tǒng)總線是系統(tǒng)的主干，用來連接過程控制系統(tǒng)（自動化系統(tǒng)AS、工程師站ES、操作員站OS）的所有部件，使它們之間能彼此通信。系統(tǒng)總線以工業(yè)以太網(wǎng)、Profibus或MPI為基礎(chǔ);現(xiàn)場總線用于連接自動化系統(tǒng)和分布式I/O以及智能現(xiàn)場設(shè)備，使它們之間的數(shù)據(jù)以最小的安裝工作進行傳輸。

　　工廠過程分析系統(tǒng)可以通過工業(yè)標準接口OPC獲取數(shù)據(jù)。當WinCC服務(wù)器出現(xiàn)故障時,OPC通訊方式會自動切換,從而避免數(shù)據(jù)丟失。用ISDN專線連接自動化系統(tǒng)則能夠進行遠程診斷和遠程組態(tài),確保工廠的穩(wěn)定生產(chǎn)。

5 結(jié)束語

　　作為典型的流程工業(yè)，制漿造紙工業(yè)在整個國民經(jīng)濟中具有重要的地位和作用，實現(xiàn)制漿造紙工業(yè)的綜合自動化，在提高它的經(jīng)濟效益的同時降低它對環(huán)境的污染，對國家和社會具有重要意義。在制漿造紙工業(yè)CIPS中采用現(xiàn)場總線作為底層通信網(wǎng)絡(luò)，所節(jié)省的設(shè)備、材料、施工、維護等費用達40%以上。現(xiàn)場總線采用數(shù)字傳輸技術(shù),數(shù)字信號抗干擾能力強,精度高,無需采用抗干擾和提高精度的措施,而且,由于采用通信總線的連續(xù)方式,節(jié)省了電纜用量60%以上。

　　我國制漿造紙工業(yè)CIPS的研究起步較晚，而國外一些研究成果和企業(yè)成功的CIPS模式尚不適合我大多數(shù)制漿造紙企業(yè)的實際情況，加之流程工業(yè)與離散制造工業(yè)代表著兩種不同的生產(chǎn)方式，這就決定了CIPS必定會有著一些與CIMS截然不同的特點，因此，針對我國制漿造紙工業(yè)企業(yè)數(shù)量多，規(guī)模小，產(chǎn)品品種少，技術(shù)含量低，污染嚴重的特點，研究一種適合我制漿造紙工業(yè)的CIPS，具有重要的意思。

參考文獻

　　[1]王孟效，孫瑜等.制漿造紙過程測控系統(tǒng)及工程[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2003，8

　　[2]劉鐵銘，熊剛等，現(xiàn)代制漿造紙工業(yè)的CIMS應(yīng)用研究[J]，工業(yè)儀表與自動化裝置，2000（3）：3～6

　　[3]王凌,王雄.流程工業(yè)CIMS體系結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)[J]. 計算機工程與應(yīng)用，2003（10）：16～18

　　[4]柴天佑,金以慧等.基于三層結(jié)構(gòu)的流程工業(yè)現(xiàn)代集成制造系統(tǒng)[J].控制工程，2002，9（3）：3

　　[5]胡南江,王孟效等.基于造紙企業(yè)CIPS體系的研究[J].中國紙業(yè)，2005，26（12）：35～38

　　[6] 西門子公司全廠自動控制的新標準-SIMATIC PCS7. 中國造紙.，2001年第5期: 69