网络技术在卷烟厂设备控制层的应用

张尔建

一、概述

现场总线是工厂设备层通信网络，PROFIBUS是现场总线的一种国际标准，其中PROFIBUS-DP是PLC、PC等控制器和驱动器、检测设备、HMI等现场设备之间的通信总线，PROFIBUS-PA总线实现过程处理，具有IEC接口、总线供电和本质安全技术，用于阀岛、仪表等设备，DP/PA Link是PROFIBUS-DP和PROFIBUS-PA之间信号转换模块。

洛阳卷烟厂技改时，在制丝生产线管控系统采用集中—分散型现场总线控制方式，分为设备控制层、集中监控层和生产管理层。工业以太网和现场总线构建完整的控制和信息网络，网络结构合理，设备层和控制层既相互结合，又相互独立，若控制层故障，系统则将控制权限交给设备层，保证生产线正常运行，满足中式卷烟分组加工，多层配方的工艺控制要求。

二、设备控制层

1.组成

制丝生产线根据工艺流程分段，各段控制功能明确、控制规模均衡合理，设备层网络结构见图1。

（1）工业以太网由光纤构成环网（这样若出现1处断点仍能保证网络各点正常通信），互连设备主控制柜以及数据采集服务器。

（2）工业以太网交换机OSM具有网络冗余管理功能，通过DIP开关可设置网络中任何1个OSM为冗余管理器，组成冗余环网，环网中有且必须只有1个OSM拨码开关处于SM（冗余）状态，否则环网不通。

（3）OSM下面分出几路独立子系统，子系统由控制柜、分布式I/O控制箱、电子秤、切丝机、切梗机等设备自带控制柜、智能设备控制器、现场操作站、网络器件等组成。现场总线将网络节点（智能化测量和控制设备）连接成可互相沟通信息，共同完成自动化控制任务的控制和网络系统，采用工业协议，简单实用，工作效率高。各工艺段设备主控器选用SIEMENS公司S7-416-3 PLC，现场的分布式I/O站ET200S采集开关量、模拟量信号，控制5.5kW以下普通小电机。

2.通信连接

PLC主站之间以及和其他未知主站、ET200S、变频器、水分仪、电磁阀组等通过PROFIBUS-DP或PA网和CPU通信，以太网卡连接。建立1个通信连接必须要对连接双方网卡的参数进行设置（若是未知主站则设置Interface参数），如ZS4 PLC主站和ZS7.1 PLC主站通信，在S7环境中，主要设置步骤如下（以ZS4站为例）。

（1）在硬件组态画面（图2）插入CP 443-1网卡（在硬件列表选择CP网卡时，要参考模板说明，查看该模板所支持协议，本例选用ISO通信协议），出现图3画面，设置网卡属性：①选择新建以太网“Ethernet”，②勾选“设置MAC地址/使用ISO协议”项（每个网卡均有唯一MAC地址号，通信使用ISO协议时绑定网卡MAC地址，可防止IP地址冲突），分别填入MAC地址、IP地址、子网掩码，制丝车间IP地址设为192.168.21.？？（？？为0～255），即在1个子网内，子网掩码设为225.225.225.0，其余选项用默认即可。用同样方法建立ZS7.1PLC主站，注意设置网卡属性时，新建以太网“Ethernet”要和ZS4站一致。

（2）单击图2组态网络图标，出现图4画面，单击ZS4的CPU，出现连接栏，鼠标左键单击任意栏，如图4所示变黑，单击鼠标右键，选中“插入新的连接”项，出现插入新的连接参数栏，参数设置见图4。参数设置完成，点击“确定”键，弹出图5画面。

（3）ZS4站为Client端，勾选“激活连接的建立（A）项 ”（ZS7.1 站 为Server端，在其该属性中不勾选此项），其余参数为默认生成。ID标识号和LADDR值决定使用何种通信网卡、通道以及协议等重要信息，编写通信程序时均会涉及。单击“地址”选项，弹出图6画面。

（4）图 6中可看到通信双方的MAC地址，TASP可自定义，也可使用默认值，总之远程和本地地址要对应一致。编译后存盘，ZS4站设置完成。

同样步骤设置ZS7.1站，则ZS4站与ZS7.1站的连接通道建立，见图7。分别在两站的Ethnet组态中将网络参数的设置下载至两站PLC中，连接即建立，通过编程，双方可进行数据交换。

丹佛士变频器在设备层作为特殊DP从站使用，在S7环境下，安装变频器GSD文件后，即可挂在DP网上(其他DP口智能设备也是这样)。PLC和丹佛士变频器共有11种通信类型，此处使用PPO type 3（2个输入字，2个输出字）和网络进行数据交换，实现PLC对变频器的自动控制，见图8。

3.抗干扰措施

设备层PROFIBUS现场总线采用直线型拓扑结构，支持9.6k～12M通信速率和中继器扩展功能，总线两端终端电阻用于防止信号反射干扰通信，必须处于使能状态（约为220Ω）。PROFIBUS总线所在生产现场电磁干扰较大，为屏蔽干扰信号，国外许多厂家在厂房施工时均要在地面下铺1层铜网，但造价过高，卷烟厂是在PROFIBUS-DP线旁边平行布置1条足够粗的地线（10mm铜线）作为接地导体，旁路干扰电流。

三、应用效果

（1）使用负载馈电器，免去设计电机保护开关、接触器和与PLC输入/出有关的大量原理图、接线图，使用ET200S模块化组件，简化柜(箱)内布线、设计，加快控制系统设计和生产周期。

（2）可无工具将接口模块和端子模块卡在导轨，接线后，电子模块、电源模块、负载馈电器模块可“即插即用”。

（3）不用其他特殊软件，在S7软件包中，用鼠标拖拉即可完成PROFIBUS-DP组态。设备故障可通过总线报告，故障定位更加方便。

（4）划分子站，使用模块化组件，以及强大的故障诊断能力（西门子公司在S7标准程序库中专门开发FC125用于DP子站故障诊断）便于设备维护。

（5）网络技术的应用将孤立的单元设备引进信息化网络，为以后系统扩展，企业实现综合自动化奠定良好基础。

W10.01-22