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- Profinet在制絲線自動化系統(tǒng)中的應用
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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(chǎn)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(chǎn)。制絲線是一條現(xiàn)代化的生產(chǎn)線，自動化程度高，車間在設備方面一直積極探索國內(nèi)外新技術(shù)，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(shù)的不斷發(fā)展，煙草行業(yè)制絲生產(chǎn)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(jīng)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(shù)瓶頸。
制絲車間在新一輪的技改時，認真參考、學內(nèi)外新的自動化技術(shù)，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(nèi)煙草行業(yè)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(shù)，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(shù)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(shù)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(chǎn)環(huán)境中，總線防電磁力差所致。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(chǎn)生電磁干擾，因此在實際生產(chǎn)中經(jīng)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(jīng)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(chǎn)22小時的后果，導致企業(yè)較大的經(jīng)濟損失。
3、Profibus總線拓撲結(jié)構(gòu)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(jīng)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(jié)構(gòu)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(nèi)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(shù)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(shù)。
Profinet有三種通信方式：
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(jié)構(gòu)能夠?qū)崿F(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。
?。ǘ﹑rofinet在制絲線的應用
分廠制絲生產(chǎn)線以前主要運用profibus總線，2008年11月對制絲生產(chǎn)線的自動控制系統(tǒng)進行了技術(shù)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。
（綠線：profinet，紅線：保留的profibus）
整個制絲生產(chǎn)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(gòu)成；設備層：由profinet工業(yè)以太網(wǎng)構(gòu)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(chǎn)線由五個工藝段構(gòu)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(jié)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(jié)構(gòu)，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(nèi)的各結(jié)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
?。ㄒ唬└脑煨Ч８脑旌蟮闹平z線自動化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)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(chǎn)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(nèi)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。
?。ǘ┲平z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(chǎn)線發(fā)展的必然趨勢。
黔江分廠制絲生產(chǎn)線利用Profinet工業(yè)以太網(wǎng)，在車間內(nèi)實現(xiàn)了統(tǒng)一網(wǎng)絡架構(gòu)，搭建了自動化領(lǐng)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(jīng)實施成為一個比較成功的案例，為煙草行業(yè)制絲生產(chǎn)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(chǎn)線樹立了、榜樣作用。
