Profinet在製絲線自動化係統中的應用

煙草在線專稿  

 

川渝中煙重慶煙草工業公司黔江分廠製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。製絲線是一條現代化的生產線,自動化程度高,車間在設備方麵一直積極探索國內外新技術,本文就著重介紹了Profinet在製絲線自動化係統中的應用。

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  一、Profinet在製絲線自動化係統中的應用的背景

 

  (一)隨著計算機控製技術的不斷發展,煙草行業製絲生產線的自動化應用水平也不斷提升。

 

  當前全國製絲線的自動化係統主要采用profibus總線,分廠製絲車間也主要采用profibus總線係統,總線在製絲線分布式控製係統中發揮著重要作用。但是其自身的缺點也逐步暴露出來,比如係統穩定性差、網絡故障解決比較困難等,由於總線問題,曾經多次造成製絲線全線停機,profibus總線成了製約製絲線自動化發展的技術瓶頸。

 

  製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以太網控製方案,修改了昆船繼續使用總線的技改方案,協同工程科,新的技改方案得以實施,在國內煙草行業率先全線應用profinet工業以太網,profinet的應用較好地解決了profibus總線存在的問題。製絲車間積極創新利用新技術,為煙草行業製絲線的自動化發展提供了借鑒和參考。

 

  (二)製絲線Profibus總線係統介紹。

 

  profibus是國際上通用的現場總線標準,二十世紀末開始在中國推廣使用。Profibus主要進行現場設備的數據通訊,對現場分布式I/O進行有效地集成。

 

  黔江分廠在技術改造前(2008年前),製絲線自動化係統主要采用profibus總線係統,技改前的製絲線自動化係統網絡如下圖:

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製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製器PLC s7-400控製,PLC s7-400由交換機接入以太網。每工段的PLC s7-400以下為profibus總線,圖中紅色網線連接部分即為profibus總線係統,profibus總線連接數量眾多的子站ET200S(包括各種檢測、執行元器件等)。

 

  (三)應用Profibus總線存在的主要問題

 

  1、Profibus總線係統穩定性差,主要是在複雜的生產環境中,總線防電磁幹擾能力差所致。車間本身就有許多電磁幹擾源,比如燒電焊、大電流的設備起動等都會產生電磁幹擾,因此在實際生產中經常發生因電磁幹擾造成總線網絡故障。

 

  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,由於總線故障難於判斷,曾造成製絲線停產22小時的後果,導致企業較大的經濟損失。

 

  3、Profibus總線拓撲結構不夠靈活,由於硬件所限,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點(子站)故障,其後續節點(子站)全部停止工作,車間經常發生因某單台設備總線故障導致全工段停機。星型拓撲結構能保證各節點相互獨立工作。

 

  4、Profibus總線隻實現了底層I/O設備集成,不能與IT網絡直接相聯,與管理層沒有效地集成。

 

  二、Profinet在製絲線自動化係統中的應用的內涵和主要做法

 

  (一)profinet工業以太網介紹

 

  1、Profinet的通信方式

 

  Profinet是西門子2004年開始推行使用的工業以太網。是新一代基於工業以太網技術的自動化總線標準,兼容工業以太網和現有的現場總線技術。

 

  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。應用於傳感器和執行器之間的數據交換。

 

  第三種是等時同步實時(IRT)通信。應用於實時性要求很高的運動控製。

 

  從上麵profinet通信方式來看,profinet是真正的工業以太網,能同時傳遞實時數據和標準的TCP/IP數據。

 

  2、profinet的特點

 

  係統開放性、實時性、穩定性好。以太網以前主要用於商業、辦公係統,性能穩定可靠,西門子把以太網引入工業現場,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。

 

  網絡拓撲結構能夠實現靈活多樣地組網。由於硬件上的改進,使用網絡交換機scalance很容易組成星型、樹型等。

 

  基於TCP/IP的標準以太網,係統兼容性好,資源共享能力強,很容易實現了係統集成。

 

  (二)profinet在製絲線的應用

 

  分廠製絲生產線以前主要運用profibus總線,2008年11月對製絲生產線的自動控製係統進行了技術改造,用工業以太網profinet代替profibus總線係統。

 

  分廠改造後的製絲線自動化網絡係統如下圖。

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(綠色網線:profinet,紅色網線:保留的profibus)

 

  整個製絲生產線自動化網絡係統分為兩級:管理層和設備層。

 

  管理層:由以太網Ethernet構成;設備層:由profinet工業以太網構成。

 

  管理層(以太網Ethernet)主要實施管理功能,設備層(profinet)主要實施設備控製功能,是車間的主幹網絡。Profinet網絡是一個光纖環網,環形網具有冗餘功能,它的優點是:當網絡某一處故障時,整個網絡仍保持通訊正常。

 

  技改後的製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網絡的一個主結點,用以太網交換機scalance(x408)以星型拓樸連接PLC S7-400、操作站PC677、scalance(x208)、部分檢測執行元器件等。scalance(x208)下麵再以星型形式連接數量眾多的子站ET200S。為節約成本,技改保留了部分profibus設備,主要是數量較多的倫茨變頻器和電子秤等。上圖中紅色網線相連的即為保留的profibus係統。

 

  這套製絲線自動化係統很容易地實現了星型結構,改變了傳統的profibus總線難以實現星型拓樸的狀況,這樣一個子站故障其它子站同樣也能工作,一台設備故障不會造成全段停機,從而保證網絡內的各結點能相互獨立工作。

 

  三、Profinet在製絲線自動化係統中的應用的效果

 

  (一)改造效果。改造後的製絲線自動化係統結構清晰,層次簡單明了。整個profinet係統已工作運行1年多,係統實時性好,穩定性和可靠性明顯提升, 1年來沒有發生一次由於網絡故障產生停機的現象。整個係統的數據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,能夠在整個以太網內進行任意通訊,實現了底層設備的數據通訊簡單化、標準化。 

 

  (二)製絲線自動化係統的發展方向。profibus現場總線隻能實現底層設備的通訊,係統難以集成,工業以太網取代現場總線是今後工業應用的重要發展方向,profinet也是今後製絲生產線發展的必然趨勢。

 

  黔江分廠製絲生產線利用Profinet工業以太網,在車間內實現了統一網絡架構,搭建了自動化領域新的控製平台。profinet在全國煙草行業才處於起始階段,黔江分廠製絲車間已經實施成為一個比較成功的案例,為煙草行業製絲生產線的自動化發展提供了重要的參考作用,也在全國製絲生產線樹立了標杆、榜樣作用。


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