PROFIBUS现场总线在烟草制丝线上的应用分析

闫文选

摘 要 PROFIBUS总线是一种当前在各行业得到广泛应用的现场总线标准，而用于自动控制系统和设备级站点之间通信的PROFIBUS-DP是在市场上占有领先地位。PROFIBUS技术在国外的应用和研究已经相当的成熟，而目前，在我国烟草行业PROFIBUS也得到了广泛的应用，本论文首先对现场总线技术进行概述，然后介绍了河南中烟工业公司驻马店卷烟厂制丝线电控系统中应用PROFIBUS-DP实现主站与现场的IO子站、变频器、流量计等设备之间数据交换;应用PROFIBUS-PA总线实现主站对温度传感器等传感器及对阀门定位器等控制器件的数据通信。

关键词 烟草制丝生产线;现场总线;PROFIBUS-DP;PROFIBUS-PA;智能从站;设备改造

引言

现场总线技术是当今自动化领域发展的热点之一，代表了今后工业控制技术发展的方向。PROFIBUS现场总线技术已经广泛应用于加工制造、过程控制和楼宇自动化等领域。烟草制丝生产线采用流水线作业，生产线上使用了大量的智能检测设备和智能控制器件非常适合PROFIBUS-DP、PROFIBUS-PA现场总线的应用。

1在烟草制丝生产线上应用PROFIBUS现场总线。

在烟草加工业中制丝生产线的流程较长，设备布局较为分散，而且由于近年来烟草加工工艺的要求日益严格，从原来的结果控制转变为现在的过程控制，对控制精度的要求也越来越高，所以制丝生产线上增加了很多水分仪、温度传感器、流量计等检测设备，和变频器、薄膜阀定位器等控制设备;通过上位机的数采程序向中控室数据库提供各种过程数据，以便进行统计分析并生成报表。如此大量的数据交换依靠以往的DCS分散控制系统是很难实现的。而PROFIBUS现场总线的特点是：①系统的开放性;②通用性;③现场设备的智能化与功能自治性; ④高度分散性的系统结构;⑤对工作环境的适应[1]。能够很好地满足烟草制丝生产线的需求，因此近年来在烟草制丝生产线得到了普遍应用。下图为河南中烟工业公司驻马店卷烟厂制丝生产线叶片加工控制段的网络拓扑结构图。

图1 卷烟厂制丝线控制系统网络拓扑结构图

从图中我们可以看到制丝生产线上的IO子站、检测设备、控制设备、人机界面都接入到PROFIBUS现场总线系统中。

1.1 PROFIBUS-DP在烟草制丝生产线上的使用

DP即分散化外围设备。PROFIBUS-DP主要应用于现场设备级，它的响应时间从几ms到几百ms，数据传输速率为9.6～12Mbps，传输的数据容量为每个报文多达244个字节，传输介质为双屏蔽双绞线或光纤[2]。

PROFIBUS-DP协议用于自动化工厂中的现场设备和分布式I/O设备之间所要求的高速数据通信。

以卷烟厂制丝生产线叶片加工段控制系统为例，其PROFIBUS-DP总线为多主站系统：主电控柜中的西门子CPU414—2DP作为PROFIBUS-DP总线系统中的一类主站（DPM 1），通过CPU上集成的PROFIBUS-DP接口处理与指定从站间用户的数据交换;一台西门子MP370触摸屏作为PROFIBUS-DP总线系统中的二类主站（DPM2），用来做叶片控制段的操作员工作站，操作人员通过触摸屏进行设备操作，监控设备运行状态，修改工艺参数，查阅设备故障信息;22个ET200S作为PROFIBUS-DP IO子站以IM151—1为通信模块，配置数字量输入模块用于接收生产现场的光电开关、接近开关等数字量信号，配置数字量输出模块用于控制中间继电器、指示灯等设备的动作，配置馈电器用于驱动电机运行并检测电机工作状态和故障信息;12台配置PROFIBUS-DP网卡的变频器用于控制储柜底带电机以及喂料机提升带的转速;红外水分仪用来在线检测生产线上的物料含水率，传送检测水分值，接收烟牌号，设置水分检测通道和水分仪的零点和斜率;电磁流量计数据交换较为简单一个浮点数用来传递检测到的流量数据和一个单字节的故障代码。由于叶片控制段站点较多，控制距离较长，布线较为复杂，为避免总线信号衰减和在PROFIBUS-DP上做分支，我们这总线系统上配置了几个中继器。

PROFIBUS-DP现场总线的数据传输速率为9.6Kbps-12Mbps，因为叶片段控制系统站点较多，数据交换量较大，为兼顾数据交换速度和通信的稳定性（通信速度越高其通信稳定性就会降低，丢包、数据错误出现的概率就越大），我们将总线通信速度设定为187.k/s。

PROFIBUS-DP现场总线通信速度快，通信稳定性好，兼容性较强，但由于其总线的线型连接，在总线上一个节点出现总线接头氧化或接触不良的情况后，其后的站点都会随之通信故障;而总线终端电阻接触不良则会受到附近变频器等设备的电磁干扰，造成部分站点或全部站点通信故障。总线接头接触不良和终端电阻接触不良是我们在使用PROFIBUS-DP现场总线出现频率最高的故障，约占总故障率的50%。

2结束语

通过在一段时间内观察PROFIBUS现场总线在河南中烟驻马店卷烟厂的运行情况，我们认为PROFIBUS現场总线通信响应速度快实时性较好，通信稳定性强，数据交换容量大，可以有效满足烟草制丝工艺对过程数据的需求;有大量的支持PROFIBUS通信协议的仪器仪表及其他设备，具有良好的可扩展性，可以方便、快捷地增加设备站点。PROFIBUS现场总线投入运行后较之以往的集散控制系统设备故障率大大降低，生产线运行连续性稳定性增强，有效保证了产品质量;通信速度快、数据交换量大满足当前烟草制丝生产线对过程工艺数据和生产数据的需求，从设备层面上满足为烟草制丝生产线完成从结果控制向过程控制的需要。

参考文献

[1] 周益明.Profibus-DP现场总线通信研究及智能从站设计[D].南京：南京航空航天大学，2005.

[2] 张晓刚，基于PROFIBUS现场总线控制系统的研究与开发[D].浙江：浙江大学信息科学与工程学院，2003.