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Profinet在制絲線自動化系統(tǒng)中的應用
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全廠煙絲生產的任務。工欲善其事,必先利其器,車間注重設備工作,以設備保障生產。制絲線是一條現(xiàn)代化的生產線,自動化程度高,車間在設備方面一直積極探索國內外新技術,本文就著重介紹了Profinet在制絲線自動化系統(tǒng)中的應用。
一、Profinet在制絲線自動化系統(tǒng)中的應用的背景
。ㄒ唬╇S著計算機控制技術的不斷發(fā)展,煙草行業(yè)制絲生產線的自動化應用水平也不斷提升。
當前全國制絲線的自動化系統(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。但是其自身的缺點也逐步暴露出來,比如系統(tǒng)穩(wěn)定性差、網(wǎng)絡故障解決比較困難等,由于總線問題,曾經多次造成制絲線全線停機,profibus總線成了制約制絲線自動化發(fā)展的技術瓶頸。
制絲車間在新一輪的技改時,認真參考、學習國內外新的自動化技術,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施,在國內煙草行業(yè)率先全線應用profinet工業(yè)以太網(wǎng),profinet的應用較好地解決了profibus總線存在的問題。制絲車間積極創(chuàng)新利用新技術,為煙草行業(yè)制絲線的自動化發(fā)展提供了借鑒和參考。
(二)制絲線Profibus總線系統(tǒng)介紹。
profibus是國際上通用的現(xiàn)場總線標準,二十世紀末開始在中國推廣使用。Profibus主要進行現(xiàn)場設備的數(shù)據(jù)通訊,對現(xiàn)場分布式I/O進行有效地集成。
黔江分廠在技術改造前(2008年前),制絲線自動化系統(tǒng)主要采用profibus總線系統(tǒng),技改前的制絲線自動化系統(tǒng)網(wǎng)絡如下圖:
制絲車間技術改造前分為四個工段:葉片處理段、梗處理段、煙絲處理段、風力送絲段。每個工段由可編程控制器PLC s7-400控制,PLC s7-400由交換機接入以太網(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、執(zhí)行元器件等)。
。ㄈ⿷肞rofibus總線存在的主要問題
1、Profibus總線系統(tǒng)穩(wěn)定性差,主要是在復雜的生產環(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、大電流的設備起動等都會產生電磁干擾,因此在實際生產中經常發(fā)生因電磁干擾造成總線網(wǎng)絡故障。
2、總線故障診斷困難,沒有可靠的測試儀器,主要憑個人經驗進行判斷。我廠在實際工作中,由于總線故障難于判斷,曾造成制絲線停產22小時的后果,導致企業(yè)較大的經濟損失。
3、Profibus總線拓撲結構不夠靈活,由于硬件所限,擴展成星型或樹型難度較大。從上圖可看出,總線拓撲從主站到子站由一根雙絞線連到底,這就會導致一段總線或一個節(jié)點(子站)故障,其后續(xù)節(jié)點(子站)全部停止工作,車間經常發(fā)生因某單臺設備總線故障導致全工段停機。星型拓撲結構能保證各節(jié)點相互獨立工作。
4、Profibus總線只實現(xiàn)了底層I/O設備集成,不能與IT網(wǎng)絡直接相聯(lián),與管理層沒有效地集成。
二、Profinet在制絲線自動化系統(tǒng)中的應用的內涵和主要做法
(一)profinet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)技術的自動化總線標準,兼容工業(yè)以太網(wǎng)和現(xiàn)有的現(xiàn)場總線技術。
Profinet有三種通信方式:
第一種是TCP/IP標準通信。
第二種是實時通信。應用于傳感器和執(zhí)行器之間的數(shù)據(jù)交換。
第三種是等時同步實時(IRT)通信。應用于實時性要求很高的運動控制。
從上面profinet通信方式來看,profinet是真正的工業(yè)以太網(wǎng),能同時傳遞實時數(shù)據(jù)和標準的TCP/IP數(shù)據(jù)。
2、profinet的特點
系統(tǒng)開放性、實時性、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,替代以前用profibus總線連接底層設備的狀況,從而保證了大量底層設備高效可靠通訊。
網(wǎng)絡拓撲結構能夠實現(xiàn)靈活多樣地組網(wǎng)。由于硬件上的改進,使用網(wǎng)絡交換機scalance很容易組成星型、樹型等。
基于TCP/IP的標準以太網(wǎng),系統(tǒng)兼容性好,資源共享能力強,很容易實現(xiàn)了系統(tǒng)集成。
(二)profinet在制絲線的應用
分廠制絲生產線以前主要運用profibus總線,2008年11月對制絲生產線的自動控制系統(tǒng)進行了技術改造,用工業(yè)以太網(wǎng)profinet代替profibus總線系統(tǒng)。
分廠改造后的制絲線自動化網(wǎng)絡系統(tǒng)如下圖。
(綠色網(wǎng)線:profinet,紅色網(wǎng)線:保留的profibus)
整個制絲生產線自動化網(wǎng)絡系統(tǒng)分為兩級:管理層和設備層。
管理層:由以太網(wǎng)Ethernet構成;設備層:由profinet工業(yè)以太網(wǎng)構成。
管理層(以太網(wǎng)Ethernet)主要實施管理功能,設備層(profinet)主要實施設備控制功能,是車間的主干網(wǎng)絡。Profinet網(wǎng)絡是一個光纖環(huán)網(wǎng),環(huán)形網(wǎng)具有冗余功能,它的優(yōu)點是:當網(wǎng)絡某一處故障時,整個網(wǎng)絡仍保持通訊正常。
技改后的制絲生產線由五個工藝段構成:葉片處理段、葉絲處理段、梗及梗處理段、摻配處理段、風力送絲段。每個工段是profinet網(wǎng)絡的一個主結點,用以太網(wǎng)交換機scalance(x408)以星型拓樸連接PLC S7-400、操作站PC677、scalance(x208)、部分檢測執(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)。
這套制絲線自動化系統(tǒng)很容易地實現(xiàn)了星型結構,改變了傳統(tǒng)的profibus總線難以實現(xiàn)星型拓樸的狀況,這樣一個子站故障其它子站同樣也能工作,一臺設備故障不會造成全段停機,從而保證網(wǎng)絡內的各結點能相互獨立工作。
三、Profinet在制絲線自動化系統(tǒng)中的應用的效果
(一)改造效果。改造后的制絲線自動化系統(tǒng)結構清晰,層次簡單明了。整個profinet系統(tǒng)已工作運行1年多,系統(tǒng)實時性好,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)絡故障產生停機的現(xiàn)象。整個系統(tǒng)的數(shù)據(jù)信息處理能力大為加強,掛接在profinet上的每一設備或儀表都有單獨的IP地址,能夠在整個以太網(wǎng)內進行任意通訊,實現(xiàn)了底層設備的數(shù)據(jù)通訊簡單化、標準化。
(二)制絲線自動化系統(tǒng)的發(fā)展方向。profibus現(xiàn)場總線只能實現(xiàn)底層設備的通訊,系統(tǒng)難以集成,工業(yè)以太網(wǎng)取代現(xiàn)場總線是今后工業(yè)應用的重要發(fā)展方向,profinet也是今后制絲生產線發(fā)展的必然趨勢。
黔江分廠制絲生產線利用Profinet工業(yè)以太網(wǎng),在車間內實現(xiàn)了統(tǒng)一網(wǎng)絡架構,搭建了自動化領域新的控制平臺。profinet在全國煙草行業(yè)才處于起始階段,黔江分廠制絲車間已經實施成為一個比較成功的案例,為煙草行業(yè)制絲生產線的自動化發(fā)展提供了重要的參考作用,也在全國制絲生產線樹立了標桿、榜樣作用。
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