现场总线技术在烟草加工自动化中的应用

摘要:目前,以传统DCS模式为主流的PLC在工业控制中得到大规模的应用,但在工艺规模不断扩大、控制精度及速度不断提高、工厂网络希望覆盖范围一直延伸到生产现场的要求下,原DCS控制系统已越来越不适应卷烟厂打叶复烤工艺的要求。本文简要介绍了现场总线技术的特点,分析了利用PROFIBUS在设计烟草打叶复烤电控系统中的系统组成、系统功能、系统特性,并给出实现方法。

关键词:现场总线 过程控制 加工 1 引言

随着21世纪信息时代的到来,控制计算机、通讯、网络等技术的快速发展,人们对于信息交换沟通、传输速度与质量的要求越来越高,其领域也正迅速覆盖从工厂的现场设备层到控制、管理的各个层次。现场总线技术正是在这样一种形势下于上个世纪80年代末发展起来的新技术。在经历了二十多年的发展,其技术已经被广泛应用于汽车、机械制造、石油化工、烟草机械等领域,巨大的技术优势使其已经逐步的取代了传统的PLC点对点的控制方式。它的出现,促进了现场设备的数字化和网络化,并且极大地加强了现场控制的功能,使过程控制系统更具有开放性,并成为兼具测量、控制和过程诊断等综合能力的控制系统。

2 现场总线控制系统简介

所谓现场总线是指应用在生产现场、在微机化辞了控制设备之间实现双向串行多节点数字通信的系统,也被称为开放式、数字化、多点通讯的底层控制网络。现场总线控制系统将生产过程中的各种现场设备(传感器、执行机构、驱动器等)与控制器用一根电缆连接起来,并且可以与更高层次自动控制领域的自动控制设备进行通讯。

2.1 现场总线系统的特点 现场总线在技术上具有以下特点:

(1)系统的开放性 用户可以按照自己的需要把来自不同供应商的产品组成大小随意的系统,通过总线构筑成自动化领域的开放互联系统。

(2)互操作性与互用性 互操作性指实现互连设备、系统间的信息传送与沟通;互用性则指不同生产厂家性能相似的设备可以相互替代。

(3)现场设备智能化 它将传感器测量、补偿计算、工程量处理与控制功能分散到现场的设备之中,仅靠现场设备就可完成控制的基本功能。

(4)系统结构高度分散性:从根本上改变了现有的DCS集中与分散相结合的集散控制系统体系,简化了系统结构,提高了可靠性。

(5)对现场环境的适应性:作为工厂网络底层的现场总线,具有较

强的抗干扰能力,能采用两线制实现供电与通信。

2.2 几种常见的现场总线技术

现场总线的标准起草始于1984。国际电工委员会在经过长达15年的争论之后,最终于2000年1月通过了修订后的IEC61158国际标准。每一种总线都有各自适用的领域和技术特点。

2.2.1 基金会现场总线(FF,FoundationFieldbus)

基金会现场总线针对过程自动化设计,通过数字、串行、双向的通讯方法来连接现场装置。它分低速H1和高速H2两种通讯速率,H1传输速率为31.25bit/s,通讯距离可达1900m。H2传输速率可为1Mbit/s和2.5Mbit/s两种,其通讯距离分别为750m和500m。

2.2.2 Profibus

Profibus是德国国家标准DIN19245和欧洲标准EN50170的现场总线标准。它有三部分组成,分别是Profibus—FMS、Profibus—DP和Profibus—PA。FMS意为现场信息规范,其适用于纺织、楼宇自动化、PLC、低压开关等。DP型用于分散外设间的高速数据传输,适用于加工自动化领域。而PA型则是用于过程自动化的现场总线类型。

2.2.3 DeviceNet(设备网)

设备网是一种低价位的总线,可连接自动化生产系统中广泛的工

业设备。DeviceNe能够降低设备的安装费用和时间。相对于Profibus—DP,DeviceNet具有更强大的通讯功能,支持除了主——从方式外的多种通讯方式,可以更灵活的应用于控制系统中。

2.2.4 CAN(Control Area Network)

CAN是控制局域网络的简称,主要用于汽车内部测量与执行部件之间的数据通讯以及其他离散控制领域。其模型结构只有三层:物理层、数据链路层和应用层。通讯速率最高可达1Mkbit/s/40m,直接传输距离最远可达10km/5kbit/s。CAN采用短帧结构,因而传输时间短,受干扰的概率低,具有较强的抗干扰能力。

2.2.5 Interbus总线

INTERBUS采用国际标准化组织ISO的开放化系统互联OSI的简化模型(1,2,7层),即物理层、数据链路层、应用层,具有强大的可靠性、可诊断性和易维护性,广泛地应用到汽车、烟草、仓储、造纸、食品等工业。

3 PROFIBUS总线在烟草工业系统中的应用

按照“集中管理、综合监控、分段控制”的设计原则,大理卷烟厂复烤车间12000kg/h打叶复烤生产线电控系统按功能分三个层次:生产管理层、集中控制层、设备控制层。

最底层(设备控制层):采用PROFIBUS总线连接各ET200M分布式I/O站、智能仪表、操作面板等,通过具备现场总线接口的主控制器(SIMENS CPU414—2DP)实现对各工艺段设备的组合和单机控制。

中间层(集中控制层):作为控制系统的人机交互接口,通过中央监控计算机(WONDERWARE IN—TOUCH9.0)实现对生产线的组合操作、状态监控、参数设定和报警显示、记录等。

最高层(生产管理层):负责处理全线运行过程中的综合信息,包括人工检测和录入工艺、设备、质量等数据,并完整的统计数据和各种分析图表等。

该系统完成对打叶、复烤、碎片干燥等工艺分布线的生产、运行、控制,并实现生产过程中各主要各主要工艺参数的精确控制,主要包括:各设备电机的本地起/停操作控制、模拟阀的平滑控制、开关阀的通断等。

与传统的基于模拟信号传递的控制系统相比,该电控系统具有以下特点:安装在设备端分布I/O站点最大限度地压缩控制信号传输电缆的数量和距离,降低系统安装成本。

系统采用先进的算法和一系列高性能检测、执行器件,实现对烟叶水分、温度等的高精度控制。数据库管理系统对多配方生产进行有效的管理调度,进一步完善了模块和配方管理体系。在生产管理层采用交换式以太网、基于C/S体系的数据库系统、大容量高可用度磁盘

阵列等成熟的计算机技术,为生产管理、数据保存、数据分析提供强有力的保证。

参考文献

[1] 丁美宙,王宏生.气流干燥在烟草加工中的应用研究进展[J].烟草科技,2005,(9).

[2]隋昕．PLC控制在烟草制丝新工艺中的应用[J]．电气传动,2007,(12).