網(wǎng)絡技術在卷煙廠設備控制層的應用

張爾建

一、概述

現(xiàn)場總線是工廠設備層通信網(wǎng)絡，PROFIBUS是現(xiàn)場總線的一種國際標準，其中PROFIBUS-DP是PLC、PC等控制器和驅動器、檢測設備、HMI等現(xiàn)場設備之間的通信總線，PROFIBUS-PA總線實現(xiàn)過程處理，具有IEC接口、總線供電和本質安全技術，用于閥島、儀表等設備，DP/PA Link是PROFIBUS-DP和PROFIBUS-PA之間信號轉換模塊。

洛陽卷煙廠技改時，在制絲生產線管控系統(tǒng)采用集中—分散型現(xiàn)場總線控制方式，分為設備控制層、集中監(jiān)控層和生產管理層。工業(yè)以太網(wǎng)和現(xiàn)場總線構建完整的控制和信息網(wǎng)絡，網(wǎng)絡結構合理，設備層和控制層既相互結合，又相互獨立，若控制層故障，系統(tǒng)則將控制權限交給設備層，保證生產線正常運行，滿足中式卷煙分組加工，多層配方的工藝控制要求。

二、設備控制層

1.組成

制絲生產線根據(jù)工藝流程分段，各段控制功能明確、控制規(guī)模均衡合理，設備層網(wǎng)絡結構見圖1。

（1）工業(yè)以太網(wǎng)由光纖構成環(huán)網(wǎng)（這樣若出現(xiàn)1處斷點仍能保證網(wǎng)絡各點正常通信），互連設備主控制柜以及數(shù)據(jù)采集服務器。

（2）工業(yè)以太網(wǎng)交換機OSM具有網(wǎng)絡冗余管理功能，通過DIP開關可設置網(wǎng)絡中任何1個OSM為冗余管理器，組成冗余環(huán)網(wǎng)，環(huán)網(wǎng)中有且必須只有1個OSM撥碼開關處于SM（冗余）狀態(tài)，否則環(huán)網(wǎng)不通。

（3）OSM下面分出幾路獨立子系統(tǒng)，子系統(tǒng)由控制柜、分布式I/O控制箱、電子秤、切絲機、切梗機等設備自帶控制柜、智能設備控制器、現(xiàn)場操作站、網(wǎng)絡器件等組成。現(xiàn)場總線將網(wǎng)絡節(jié)點（智能化測量和控制設備）連接成可互相溝通信息，共同完成自動化控制任務的控制和網(wǎng)絡系統(tǒng)，采用工業(yè)協(xié)議，簡單實用，工作效率高。各工藝段設備主控器選用SIEMENS公司S7-416-3 PLC，現(xiàn)場的分布式I/O站ET200S采集開關量、模擬量信號，控制5.5kW以下普通小電機。

2.通信連接

PLC主站之間以及和其他未知主站、ET200S、變頻器、水分儀、電磁閥組等通過PROFIBUS-DP或PA網(wǎng)和CPU通信，以太網(wǎng)卡連接。建立1個通信連接必須要對連接雙方網(wǎng)卡的參數(shù)進行設置（若是未知主站則設置Interface參數(shù)），如ZS4 PLC主站和ZS7.1 PLC主站通信，在S7環(huán)境中，主要設置步驟如下（以ZS4站為例）。

（1）在硬件組態(tài)畫面（圖2）插入CP 443-1網(wǎng)卡（在硬件列表選擇CP網(wǎng)卡時，要參考模板說明，查看該模板所支持協(xié)議，本例選用ISO通信協(xié)議），出現(xiàn)圖3畫面，設置網(wǎng)卡屬性：①選擇新建以太網(wǎng)“Ethernet”，②勾選“設置MAC地址/使用ISO協(xié)議”項（每個網(wǎng)卡均有唯一MAC地址號，通信使用ISO協(xié)議時綁定網(wǎng)卡MAC地址，可防止IP地址沖突），分別填入MAC地址、IP地址、子網(wǎng)掩碼，制絲車間IP地址設為192.168.21.？？（？？為0～255），即在1個子網(wǎng)內，子網(wǎng)掩碼設為225.225.225.0，其余選項用默認即可。用同樣方法建立ZS7.1PLC主站，注意設置網(wǎng)卡屬性時，新建以太網(wǎng)“Ethernet”要和ZS4站一致。

（2）單擊圖2組態(tài)網(wǎng)絡圖標，出現(xiàn)圖4畫面，單擊ZS4的CPU，出現(xiàn)連接欄，鼠標左鍵單擊任意欄，如圖4所示變黑，單擊鼠標右鍵，選中“插入新的連接”項，出現(xiàn)插入新的連接參數(shù)欄，參數(shù)設置見圖4。參數(shù)設置完成，點擊“確定”鍵，彈出圖5畫面。

（3）ZS4站為Client端，勾選“激活連接的建立（A）項 ”（ZS7.1 站 為Server端，在其該屬性中不勾選此項），其余參數(shù)為默認生成。ID標識號和LADDR值決定使用何種通信網(wǎng)卡、通道以及協(xié)議等重要信息，編寫通信程序時均會涉及。單擊“地址”選項，彈出圖6畫面。

（4）圖 6中可看到通信雙方的MAC地址，TASP可自定義，也可使用默認值，總之遠程和本地地址要對應一致。編譯后存盤，ZS4站設置完成。

同樣步驟設置ZS7.1站，則ZS4站與ZS7.1站的連接通道建立，見圖7。分別在兩站的Ethnet組態(tài)中將網(wǎng)絡參數(shù)的設置下載至兩站PLC中，連接即建立，通過編程，雙方可進行數(shù)據(jù)交換。

丹佛士變頻器在設備層作為特殊DP從站使用，在S7環(huán)境下，安裝變頻器GSD文件后，即可掛在DP網(wǎng)上(其他DP口智能設備也是這樣)。PLC和丹佛士變頻器共有11種通信類型，此處使用PPO type 3（2個輸入字，2個輸出字）和網(wǎng)絡進行數(shù)據(jù)交換，實現(xiàn)PLC對變頻器的自動控制，見圖8。

3.抗干擾措施

設備層PROFIBUS現(xiàn)場總線采用直線型拓撲結構，支持9.6k～12M通信速率和中繼器擴展功能，總線兩端終端電阻用于防止信號反射干擾通信，必須處于使能狀態(tài)（約為220Ω）。PROFIBUS總線所在生產現(xiàn)場電磁干擾較大，為屏蔽干擾信號，國外許多廠家在廠房施工時均要在地面下鋪1層銅網(wǎng)，但造價過高，卷煙廠是在PROFIBUS-DP線旁邊平行布置1條足夠粗的地線（10mm銅線）作為接地導體，旁路干擾電流。

三、應用效果

（1）使用負載饋電器，免去設計電機保護開關、接觸器和與PLC輸入/出有關的大量原理圖、接線圖，使用ET200S模塊化組件，簡化柜(箱)內布線、設計，加快控制系統(tǒng)設計和生產周期。

（2）可無工具將接口模塊和端子模塊卡在導軌，接線后，電子模塊、電源模塊、負載饋電器模塊可“即插即用”。

（3）不用其他特殊軟件，在S7軟件包中，用鼠標拖拉即可完成PROFIBUS-DP組態(tài)。設備故障可通過總線報告，故障定位更加方便。

（4）劃分子站，使用模塊化組件，以及強大的故障診斷能力（西門子公司在S7標準程序庫中專門開發(fā)FC125用于DP子站故障診斷）便于設備維護。

（5）網(wǎng)絡技術的應用將孤立的單元設備引進信息化網(wǎng)絡，為以后系統(tǒng)擴展，企業(yè)實現(xiàn)綜合自動化奠定良好基礎。

W10.01-22