[摘 要]： 使用倍?？偩€端子系統(tǒng)，通過PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)，改造舊的干冰膨脹煙絲生產(chǎn)線控制系統(tǒng)。改造后的控制系統(tǒng)充分利用了總線端子的優(yōu)勢(shì)，通過合理、優(yōu)化的選型配置，達(dá)到了生產(chǎn)線控制要求，提高了設(shè)備運(yùn)行效率及控制精度。 　　關(guān)鍵詞：膨脹煙絲控制系統(tǒng)、PROFIBUS-DP、Beckhoff總線端子 　　引言：一些卷煙廠原使用的干冰膨脹煙絲（DIET——Dry Ice Expanded Tobacco）生產(chǎn)線的控制系統(tǒng)采用GEM 80系列可編程控制器。由于原生產(chǎn)線電控系統(tǒng)配置陳舊、關(guān)鍵件（主要指PLC，輸入、輸出模塊等）老化，同時(shí)軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)靈活性較差，監(jiān)控界面不直觀、友好等因素，致使控制系統(tǒng)無法適應(yīng)生產(chǎn)線順暢運(yùn)行。因此控制系統(tǒng)需要更新，以提高生產(chǎn)效率及工藝參數(shù)控制精度。 　　一、系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)思想及設(shè)計(jì)方案 　　根據(jù)原生產(chǎn)線使用的具體情況，必須為新系統(tǒng)量身定做先進(jìn)可行的電控系統(tǒng)，因?yàn)橐粭l生產(chǎn)線電控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是為機(jī)械設(shè)備及工藝服務(wù)的，但是控制系統(tǒng)的可靠與否將直接影響著工藝參數(shù)的控制精度。 　　如何在構(gòu)建新型控制系統(tǒng)時(shí)，既能采用當(dāng)今最新的計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，而又能使原有設(shè)備充分利用、各設(shè)備接口連接通暢，是系統(tǒng)設(shè)計(jì)所考慮的要點(diǎn)之一。 　　另一個(gè)要點(diǎn)是控制系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)能充分考慮經(jīng)濟(jì)實(shí)用性，即指良好的性能價(jià)格比。 　　根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際使用情況，本著先進(jìn)性、可靠性、實(shí)用性、經(jīng)濟(jì)性的設(shè)計(jì)原則，確定新系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用西門子公司S7-400系列PLC，原控制面板上的指針式顯示儀表及撥碼開關(guān)全部改為觸摸屏或操作員終端顯示及控制。采用先進(jìn)的現(xiàn)場(chǎng)總線和分布式控制技術(shù)，由上位機(jī)進(jìn)行統(tǒng)一實(shí)時(shí)監(jiān)控，使操作更加直觀，系統(tǒng)更加靈活。采用集中監(jiān)控方案，可最大限度的減少人為干預(yù)，提高各項(xiàng)工藝參數(shù)的控制精度，保持系統(tǒng)的穩(wěn)定性，提高自動(dòng)化程度。 　　考慮到干冰膨脹線控制系統(tǒng)要求較高安全性的特殊性，其對(duì)網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品的性能要求較高，例如：通訊速度、通訊可靠性以及總線器件的穩(wěn)定性等要求都較高，因此控制層與工藝段設(shè)備操作層之間的通訊采用PROFIBUS-DP 網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)是一種經(jīng)過優(yōu)化的高速的通訊連接，它的設(shè)計(jì)專門為自動(dòng)控制系統(tǒng)與分散的I/O設(shè)備級(jí)之間通訊使用，使用PROFIBUS-DP 可取代24V或4-20MA 的并行信號(hào)傳輸。而現(xiàn)場(chǎng)總線產(chǎn)品的關(guān)鍵器件選用了德國Beckhoff公司產(chǎn)品。 　　新型控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)將原CP1，CP2，CP3控制系統(tǒng)全部淘汰，采用西門子公司S7系列PLC與分布式遠(yuǎn)程I/O控制系統(tǒng)。同時(shí)應(yīng)用工業(yè)以太網(wǎng)與監(jiān)控機(jī)通訊，另外為增加網(wǎng)絡(luò)傳輸速度與穩(wěn)定性，遠(yuǎn)距離通訊采用光纖進(jìn)行傳送。整個(gè)車間的控制和管理系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)共分為2層，即設(shè)備控制層和監(jiān)控管理層，其示意圖見下圖所示的《網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖》。 　　二、控制范圍及工藝簡述 　　整個(gè)控制系統(tǒng)改造范圍包括： 　　A、進(jìn)料端 CP3 　　進(jìn)料端設(shè)備從進(jìn)料皮帶開始到雙速皮帶機(jī)結(jié)束，包括喂料機(jī)、計(jì)量管、皮帶、振槽、超級(jí)回潮筒、水分儀、寸動(dòng)車、貯柜（FIFO先進(jìn)先出式，兩組）、貯柜（對(duì)頂式，兩組）、皮帶秤、雙速皮帶機(jī)等設(shè)備?；爻蓖惨蟪隹谒挚刂凭取? 　　B、冷端 CP1 　　冷端設(shè)備從往復(fù)皮帶機(jī)開始到開松器結(jié)束，包括可逆皮帶機(jī)、伸縮槽、左右傳輸槽、工藝罐加熱器、過濾泵、空氣壓縮機(jī)（2臺(tái)）、液壓泵（2臺(tái)）、CO2補(bǔ)給泵、CO2壓縮機(jī)，CO2干燥器、主制冷機(jī)、停機(jī)制冷機(jī)、冷卻塔風(fēng)機(jī)、冷卻水泵、CO2傳輸泵、貯存皮帶機(jī)及開松器等設(shè)備。 　　C、熱端 CP2 　　熱端設(shè)備從電子皮帶秤起到回潮筒后出料振槽結(jié)束，包括焚燒爐、電子皮帶秤、廢氣風(fēng)機(jī)、主工藝風(fēng)機(jī)、進(jìn)料氣鎖、出料氣鎖、旋風(fēng)除塵氣鎖、帶罩皮帶機(jī)及回潮筒等設(shè)備。 　　三、Beckhoff現(xiàn)場(chǎng)總線端子簡介 　　德國倍福（BECKHOFF）公司是德國一家專業(yè)的自動(dòng)化公司。其主要產(chǎn)品包括現(xiàn)場(chǎng)總線端子、高性能的工業(yè)計(jì)算機(jī)和控制面板及控制軟件。 　　BECKHOFF公司的現(xiàn)場(chǎng)總線端子可支持目前市場(chǎng)上幾乎所有的現(xiàn)場(chǎng)總線。高性能的各種總線端子可滿足不同現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)的要求，特別是其新推出的電機(jī)啟動(dòng)器端子KL8001，安裝西門子的3RT10系列接觸器構(gòu)成全新的高性能電機(jī)啟動(dòng)器，可對(duì)5.5KW以下的電機(jī)實(shí)現(xiàn)完全的控制。它不僅具有其它電機(jī)啟動(dòng)器的由總線控制電機(jī)啟動(dòng)、停止和返回電機(jī)狀態(tài)的功能，而且對(duì)電機(jī)具有很強(qiáng)的診斷、檢測(cè)和保護(hù)功能。 　　BECKHOFF現(xiàn)場(chǎng)總線端子的主要特點(diǎn)是性價(jià)比高、質(zhì)量可靠、結(jié)構(gòu)緊湊、堅(jiān)固耐用，而且安裝和接線非常方便。 　　其特點(diǎn)如下： 　　1、控制電機(jī)的電流到9.9安培（旋轉(zhuǎn)開關(guān)設(shè)置）。 　　2、實(shí)時(shí)的每相電流、電壓測(cè)量； 　　3、有效功率測(cè)量； 　　4、接觸器開關(guān)次數(shù)和電機(jī)運(yùn)行時(shí)間測(cè)量； 　　5、電機(jī)診斷可達(dá)5.5KW; 　　6、通過總線對(duì)電機(jī)實(shí)現(xiàn)控制； 　　7、非常緊湊的設(shè)計(jì)（120 x 45 x 72）。 　　通過總線的方式不僅實(shí)現(xiàn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)和最大限度的保護(hù)，而且對(duì)電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)一目了然。由德國倍福公司的電源端子KL8001和西門子公司的3RT10系列接觸器組成高性能的電機(jī)啟動(dòng)器，通過KS2000軟件對(duì)KL8001進(jìn)行參數(shù)設(shè)定。另外KL8001所測(cè)的參數(shù)都有其實(shí)際意義，每個(gè)參數(shù)都反映的是電機(jī)的運(yùn)行狀況或現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的運(yùn)行情況。 　　例如：KL8001可做如下操作方式和自動(dòng)保護(hù)設(shè)定， 　　操作方式的設(shè)定：設(shè)定此電機(jī)允許的操作方式。 　　1、允許電機(jī)左轉(zhuǎn)； 　　2、允許電機(jī)右轉(zhuǎn)； 　　3、看門狗時(shí)間激活； 　　4、允許單相分析（單相電機(jī)用）。 　　自動(dòng)保護(hù)功能設(shè)定：KL8001在下列故障下能自動(dòng)快速切斷電機(jī)，無需控制器的干預(yù)。 　　1、三相負(fù)載不對(duì)稱； 　　2、相出錯(cuò)； 3、過壓； 　　4、欠壓； 5、過載； 　　6、欠載。 　　四、系統(tǒng)配置及功能 　　4.1 硬件設(shè)計(jì) 　　采用德國倍福總線系統(tǒng)的分布式I/O機(jī)箱，作為電控柜的基層控制站，安裝于現(xiàn)場(chǎng)。I/O控制站與PLC之間通過PROFIBUS-DP現(xiàn)場(chǎng)總線相連，每個(gè)分布式I/O 機(jī)箱控制電機(jī)5-7臺(tái)（包括雙向電機(jī)，變頻器等），開入/開出或模入/模出點(diǎn)20-24個(gè)，在機(jī)箱內(nèi)配各種電源保護(hù)開關(guān)、空氣開關(guān)、軟啟動(dòng)器等。 　　系統(tǒng)采用分布式I/O機(jī)箱結(jié)構(gòu)后，主控柜只需配電柜和PLC柜，主配電柜提供分布式機(jī)箱所需380V三相交流動(dòng)力線（每箱按40A）、220VAC電源（每箱按2A）和24VDC電源。配電柜上設(shè)主電源開關(guān)，急停開關(guān)及指示燈等，PLC柜配S7-400 PLC機(jī)架和人機(jī)操作界面——CP65系列平板工控機(jī)操作員顯示終端。 　　4.2 與ProfiBus-DP網(wǎng)絡(luò)通訊設(shè)計(jì) 　　4.2.1 主站硬件連接：首先配置好S7-400 CPU主站，并連接好ProfiBus-DP網(wǎng)絡(luò)（略）。 　　4.2.2 倍?？偩€端子子站的軟件設(shè)置： 　　1）電源端子KL8001需要設(shè)置PROFIBUS-DP地址，通過耦合器（BK3120）上的2個(gè)“ADDRESS”旋鈕開關(guān)實(shí)現(xiàn)，十進(jìn)制為1-99。 　　2）電源端子KL8001需要設(shè)置額定電流，通過耦合器上的2個(gè)電流旋鈕開關(guān)實(shí)現(xiàn)，十進(jìn)制為0.0A-9.9A，額定電流也可以在軟件上設(shè)置（此時(shí)要求硬件設(shè)置為0.0A）。 　　3）用倍福公司的串口電纜連接好PC機(jī)與倍福耦合器（BK3120），打開KS2000設(shè)置軟件。 　　4）點(diǎn)擊在線瀏覽按鈕，上載好與實(shí)際物理連接一致的配置，使用setting選項(xiàng)調(diào)整好模擬量配置，數(shù)字量一般不需要調(diào)整。 　　5）點(diǎn)擊KL8001\setting選項(xiàng)，打開KL8001組態(tài)表單，可以組態(tài)操作模式、關(guān)斷模式、寄存器數(shù)據(jù)，例如：⑴額定電流，⑵過載電壓，⑶最大負(fù)載，⑷欠載電壓，⑸最小負(fù)載，等等，注意需要首先設(shè)置“左轉(zhuǎn)允許”、“右轉(zhuǎn)允許”，才能通過控制命令進(jìn)行編程控制電機(jī)的左右轉(zhuǎn)向。 　　4.2.3 在STEP7中做好硬件配置： 　　1）配置好S7-400主站和PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)。 　　2）添加正確的GSD文件：b312bece.gsd或者b312bece.gse。 　　3）硬件配置添加順序：AI、AO、KL8001、DI、DO，模擬量和電源端子按照模板型號(hào)逐個(gè)添加，數(shù)字量綜合起來按照總I/O點(diǎn)數(shù)（區(qū)分輸入、輸出模板）添加。模擬量模板輸入信號(hào)的4-20ma對(duì)應(yīng)0-32768。 　　在PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)上連接BECKHOFF控制端子，能夠做到網(wǎng)絡(luò)完全兼容，性能穩(wěn)定。 　　4.2.4 軟件編程 　　用STEP7軟件編制專用的功能塊，通過PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)就可讀取倍?？偩€端子采集的相關(guān)設(shè)備基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，然后通過SCADA監(jiān)控軟件（系統(tǒng)采用WINCC6.0）即可實(shí)時(shí)檢測(cè)設(shè)備運(yùn)行參數(shù)。 　　4.3系統(tǒng)功能 　　4.3.1控制系統(tǒng)具有手動(dòng)和自動(dòng)兩種控制方式。在手動(dòng)方式下，操作員可以在現(xiàn)場(chǎng)通過操作站完成電機(jī)的啟停、電磁閥的通斷。在自動(dòng)方式下，操作員可通過監(jiān)控操作站或上位監(jiān)控管理機(jī)上的功能鍵按工藝要求自動(dòng)啟動(dòng)各段的設(shè)備。一般，系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)為自動(dòng)控制狀態(tài)。為便于設(shè)備的調(diào)試和生產(chǎn)維護(hù)，每組PLC劃分為具有獨(dú)立手/自動(dòng)啟停功能的控制段，每段可分別操作運(yùn)轉(zhuǎn)，工藝段的手/自動(dòng)功能的切換在相應(yīng)控制段的監(jiān)控操作站實(shí)現(xiàn)。 　　4.3.2電機(jī)保護(hù)功能。對(duì)每臺(tái)電機(jī)都提供過流、過熱、缺相和短路保護(hù)功能。 　　4.3.3緊急斷電功能。電控系統(tǒng)提供緊急斷電功能，在主要設(shè)備附近設(shè)置緊急按鈕，以備在意外情況下能迅速切斷整個(gè)控制電源。 　　4.3.4故障報(bào)警功能。電控系統(tǒng)具有對(duì)故障檢測(cè)和故障狀態(tài)的聲光報(bào)警及消除聲光報(bào)警功能。 　　4.3.5 PID控制功能。采用PID 軟件模塊自動(dòng)控制。PID參數(shù)在段監(jiān)控操作站上設(shè)置，有手動(dòng)和自動(dòng)兩種控制模式。在手動(dòng)控制模式時(shí)，輸出由手動(dòng)調(diào)節(jié)，在自動(dòng)控制模式時(shí)，輸出由PID軟件自動(dòng)調(diào)節(jié)。 　　4.3.6變頻控制功能。整個(gè)工藝設(shè)備段需要調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速的電機(jī)均采用變頻器進(jìn)行控制。對(duì)變頻調(diào)速電機(jī)啟?？刂仆ㄟ^現(xiàn)場(chǎng)總線實(shí)現(xiàn)，頻率在段操作監(jiān)控站上設(shè)置。采用變頻器控制后，電機(jī)的轉(zhuǎn)速連續(xù)可調(diào)，并且調(diào)節(jié)方便；另外電機(jī)緩慢啟動(dòng)，降低了啟動(dòng)電流。減少了啟動(dòng)沖擊，延長了電機(jī)和設(shè)備的使用壽命。 　　五、結(jié)束語 　　此項(xiàng)目已正式投入生產(chǎn)運(yùn)行，通過實(shí)施此項(xiàng)目，可以發(fā)現(xiàn)倍福產(chǎn)品有許多獨(dú)特的地方，比如倍?？偩€端子系統(tǒng)支持幾乎所有的現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)，占用空間較小，其輸入/輸出模塊有1, 2, 4, 8 各種通道組合，用戶可根據(jù)項(xiàng)目預(yù)算情況在標(biāo)準(zhǔn)型、緊湊型、經(jīng)濟(jì)型、經(jīng)濟(jì)增強(qiáng)型、帶CPU 和不帶CPU 等各種類型中選擇最適合的總線接口，使項(xiàng)目設(shè)計(jì)達(dá)到最佳的性價(jià)比。同時(shí)由于通過總線端子可以提取大量的基礎(chǔ)參數(shù)，對(duì)于控制系統(tǒng)提前預(yù)測(cè)設(shè)備故障及故障診斷有很大幫助，提高了設(shè)備運(yùn)行效率。 參考文獻(xiàn)： 1、BECKHOFF KL8001用戶手冊(cè) 2、STEP7 編程手冊(cè) 3、崔堅(jiān)，2005，5 西門子工業(yè)網(wǎng)絡(luò)通信指南 Application of Beckhoff Bus Terminals For Dry Ice Expanded Tobacco Product Line Yang Guiqing （BEIJNG DIET ENGINEERING CO., LTD.） Abstract ：DIET（ Dry Ice Expanded Tobacco） product line control system reform through PROFIBUS-DP network by use of the advantage of Beckhoff bus terminals. The new control system satisfy the demand of customer ，make an improvement of running efficiency and parameter control precision utilizing reasonable and optimization configuration. Key words ：DIET ProfiBus-DP Beckhoff Bus Terminal。 作者簡介：楊桂清，女，1968年2月28日出生；1990年7月畢業(yè)于哈爾濱工業(yè)大學(xué)工業(yè)自動(dòng)化儀表專業(yè)；現(xiàn)任北京達(dá)特公司信息與自動(dòng)化控制技術(shù)部部門經(jīng)理，主要從事煙草行業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)集成工作。 工作單位：北京達(dá)特?zé)煵莩商自O(shè)備技術(shù)開發(fā)有限責(zé)任公司 通訊地址：北京市豐臺(tái)區(qū)海鷹路3號(hào)3號(hào)樓4層 郵編：100070 E-MAIL: ygq-2001@263.net 聯(lián)系電話：010-83681146-50轉(zhuǎn)230（工作時(shí)間） 傳真：010-83681151 手機(jī)：13910390892 轉(zhuǎn)自：國內(nèi)外機(jī)電一體化技術(shù)