1 蕪湖卷煙廠8000kg/h制絲線控制系統(tǒng)概況

    長江之濱，美麗的江城蕪湖擁有一座大型的卷煙生產(chǎn)企業(yè)——蕪湖卷煙廠，他正在悄悄發(fā)生一場技術(shù)革命。從制絲到卷包，從MES到ERP，全新的聯(lián)合工房、加工設(shè)備、管理思想及管理方法正在改變?nèi)藗兊乃季S方式和工作效率。用不了多久，一座年產(chǎn)250億支卷煙的現(xiàn)代化企業(yè)將建成投產(chǎn)。

    促使這場技術(shù)革命發(fā)生的核心動力是處于世界領(lǐng)先水平的8000kg/h制絲線。該制絲線精選了具有世界領(lǐng)先水平的德國HAUNI及英國DICKINSON-LEGG公司的關(guān)鍵設(shè)備，其控制系統(tǒng)由將神舟5號飛船送入太空的中國運載火箭技術(shù)研究院集成。
    該控制系統(tǒng)是集生產(chǎn)線自控利管理的管控一體化系統(tǒng)，采用了信息網(wǎng)、控制網(wǎng)及現(xiàn)場總線三級網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，主控制器選用了德國SIEMENS公司的15臺S7系列可編程控制器。 現(xiàn)代化的中央控制室集中了三臺IBM服務(wù)器和五臺IBM圖形工作站，構(gòu)成了現(xiàn)場無人操作的監(jiān)控體系和信息管理平臺。監(jiān)控組態(tài)軟件采用SIEMENS公司的WinCC6.0，最新的Oracle 9i數(shù)據(jù)庫則為整個系統(tǒng)建立了良好的信息平臺?，F(xiàn)場總線選用了Profibus-DP和Profibus-PA。現(xiàn)場總線的關(guān)鍵——現(xiàn)場總線組件選用了德國Beckhoff公司產(chǎn)品。

2 Beckhoff現(xiàn)場總線組件簡介

    BECKHOFF公司是德國一家專業(yè)的自動化公司。其主要產(chǎn)品包括現(xiàn)場總線端子、高性能的工業(yè)計算機(jī)和控制面板及控制軟件。
    BECKHOFF公司的現(xiàn)場總線端子可支持目前市場上幾乎所有的現(xiàn)場總線。高性能的各種總線端子可滿足不同現(xiàn)場信號的要求，特別是其新推山的電機(jī)啟動器端子KL8001，配以西門子的3RTl0系列接觸器構(gòu)成全新的高性能電機(jī)啟動器，可對5.5KW以下的電機(jī)實現(xiàn)完全的控制。它不僅具有其他電機(jī)啟動器的由總線控制電機(jī)啟動、停止和返回電機(jī)狀態(tài)的功能，而且對電機(jī)具有很強(qiáng)的診斷、檢測利保護(hù)功能。
    BECKHOFF現(xiàn)場總線端子的主要特點是性價比高、質(zhì)量可靠、結(jié)構(gòu)緊湊、堅固耐用，而且安裝和接線非常方便。

3 Beckhoff現(xiàn)場總線組件在制絲線控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

    基于BECKHOFF現(xiàn)場總線端子的優(yōu)良品質(zhì)和制絲線對現(xiàn)場自動化產(chǎn)品的高要求，蕪湖卷煙廠新建的8000kg/h制絲線控制系統(tǒng)中現(xiàn)場級全部采用了BECKHOFF公司的現(xiàn)場總線端子系統(tǒng)，包括總線耦合器BK3120、總線控制器BC3100、輸入/輸出端子和電機(jī)啟動器端子KL8001。
    煙草生產(chǎn)線的一個特點是具有大量的5.5KW以下的電機(jī)來驅(qū)動震槽、皮帶輪和小車等設(shè)備。為了使這些設(shè)備穩(wěn)定、長時間地運行，降低停機(jī)時間，對這些電機(jī)的控制及運行狀態(tài)和故障信息的及時獲取尤其重要。所有的這些將都由BECKHOFF的電機(jī)啟動器端子KL8001來完成。
    KL8001配一個3RTl0系列接觸器構(gòu)成一個單向

    電機(jī)啟動器，配二個3RTl0系列接觸器可構(gòu)成一個雙向電機(jī)啟動器，因此5.5KW以下的電機(jī)所采用的電機(jī)啟動器端子KL8001是相同的。這樣，即使現(xiàn)場的電機(jī)很多，而所需的備件卻很少，而且它采用的是分體結(jié)構(gòu)，和其它廠家的電機(jī)啟動器采用一體式結(jié)構(gòu)相比，安裝、拆卸方便快捷，可大大減少以后設(shè)備維修的時間，降低維修成本。對不同功率的電機(jī)通過KL8001面板上的旋轉(zhuǎn)開關(guān)或軟件;來設(shè)定它的額定電流。通過軟件可設(shè)定電機(jī)每相的過壓、欠壓、過載、欠載及電流差的最大值，可設(shè)定電機(jī)在出現(xiàn)非對稱負(fù)載、相錯誤、過壓、欠壓、過載、欠載等故障時無需控制器的操作即可自行快速切斷電機(jī)，從而達(dá)到最大限度地保護(hù)電機(jī)和設(shè)備的目的，同時通過總線可以給出電機(jī)故障時的詳細(xì)故障信息，以便及時準(zhǔn)確地排除故障。KL8001不僅具有通過總線控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)和停止及返回電機(jī)的運行狀態(tài)的功能，而且可通過總線方式顯示電機(jī)運行時的詳細(xì)性能參數(shù)，包括電機(jī)每相的實時電流、電壓、功率、電機(jī)每次的啟動電流、運行時間和開關(guān)次數(shù)等30余種參數(shù)。對實時電流的檢測不僅能提供電機(jī)負(fù)載的變化情況，還可以使電機(jī)額定電流的設(shè)定更加準(zhǔn)確，通過換相的方式使震槽等凸輪式負(fù)載電機(jī)的三相盡量達(dá)到平衡，這樣在調(diào)試階段就可以使電機(jī)的控制更趨合理，減少電機(jī)以后出現(xiàn)故障的幾率。
    正是由于KL8001所具有的強(qiáng)大功能，使其占用的過程映象達(dá)到了12個字節(jié)輸入/12個字節(jié)輸出。為了盡可能降低現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)上的數(shù)據(jù)量，提高網(wǎng)絡(luò)的可靠性，該項目中的現(xiàn)場總線從站大量采用了現(xiàn)場總線控制器BC3100的方案。BC 3100和BK 3120價格相差不大，BC3100集成了一個基于IEC61131-3標(biāo)準(zhǔn)的PLC，其內(nèi)存為64K。在此系統(tǒng)中由于輸入、輸出端子不需本地控制，因此可將它們均配置成現(xiàn)場總線模式，對輸入、輸出端子而言，BC3100相當(dāng)于BK3120，這樣BC3100只需處理電機(jī)啟動器端子KL8001即可。將每個KL8001的控制字節(jié)和狀態(tài)字節(jié)及電機(jī)的實時電流等主要數(shù)據(jù)直接上傳到主站控制器，KL8001檢測到的電機(jī)其余性能參數(shù)及狀態(tài)信息通過編程在BC3100內(nèi)以一個兩維數(shù)組的形式存儲，可采用主站查詢的方式上傳，這樣網(wǎng)絡(luò)上的數(shù)據(jù)將大大減少，而所需的數(shù)據(jù)均可獲得。同時，通過編程將現(xiàn)場120多個BC3100從站的程序統(tǒng)一成一套程序，這將避免今后維修時因不同子站的程序不同而產(chǎn)生的錯誤，減少工作量，也有利于程序的保存。
    無論是從整條生產(chǎn)線對自動化控制程度的高要求及計算機(jī)信息化管理的需求，還是從將來對設(shè)備維修的及時性、方便性、經(jīng)濟(jì)性來說，BECKHOFF現(xiàn)場總線產(chǎn)品無疑是煙草生產(chǎn)自動化設(shè)備的最佳選擇。

4 結(jié)論

    BECKHOFF現(xiàn)場總線組件為蕪湖卷煙廠8000kg/h制絲線控制系統(tǒng)的開發(fā)提供了一個良好的環(huán)境，對系統(tǒng)的開發(fā)越深入，這種感覺就越深刻。首先，BECKHOFF現(xiàn)場總線組件可靠性很高，這為控制系統(tǒng)的調(diào)試提供了堅實的基礎(chǔ)。其次，功能強(qiáng)大，這從前面的表述中可以看出來。再者，良好的性能價格比也使它的應(yīng)用更加廣泛。
第二屆伺服與運動控制論壇論文集
第三屆伺服與運動控制論壇論文集