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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(dān)全廠煙絲生產(chǎn)的任務(wù)。工欲善其事，必先利其器，車間注重設(shè)備工作，以設(shè)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(shè)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(yīng)用。
一、Profinet在制絲線自動化系統(tǒng)中的應(yīng)用的背景
�。ㄒ唬╇S著計算機(jī)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(yīng)用水平也不斷提升。
當(dāng)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(diǎn)也逐步暴露出來，比如系統(tǒng)穩(wěn)定性差、網(wǎng)絡(luò)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(jī)，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(rèn)真參考、學(xué)習(xí)國內(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(shí)施，在國內(nèi)煙草行業(yè)率先全線應(yīng)用profinet工業(yè)以太網(wǎng)，profinet的應(yīng)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。
�。ǘ┲平z線Profibus總線系統(tǒng)介紹。
profibus是國際上通用的現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)，二十世紀(jì)末開始在中國推廣使用。Profibus主要進(jìn)行現(xiàn)場設(shè)備的數(shù)據(jù)通訊，對現(xiàn)場分布式I/O進(jìn)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(luò)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(fēng)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(jī)接入以太網(wǎng)。每工段的PLC s7-400以下為profibus總線，圖中紅色網(wǎng)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）。
（三）應(yīng)用Profibus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(fù)雜的生產(chǎn)環(huán)境中，總線防電磁干擾能力差所致。車間本身就有許多電磁干擾源，比如燒電焊、大電流的設(shè)備起動等都會產(chǎn)生電磁干擾，因此在實(shí)際生產(chǎn)中經(jīng)常發(fā)生因電磁干擾造成總線網(wǎng)絡(luò)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(yàn)進(jìn)行判斷。我廠在實(shí)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(dǎo)致企業(yè)較大的經(jīng)濟(jì)損失。
3、Profibus總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)不夠靈活，由于硬件所限，擴(kuò)展成星型或樹型難度較大。從上圖可看出，總線拓?fù)鋸闹髡镜阶诱居梢桓p絞線連到底，這就會導(dǎo)致一段總線或一個節(jié)點(diǎn)（子站）故障，其后續(xù)節(jié)點(diǎn)（子站）全部停止工作，車間經(jīng)常發(fā)生因某單臺設(shè)備總線故障導(dǎo)致全工段停機(jī)。星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)能保證各節(jié)點(diǎn)相互獨(dú)立工作。
4、Profibus總線只實(shí)現(xiàn)了底層I/O設(shè)備集成，不能與IT網(wǎng)絡(luò)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(yīng)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(biāo)準(zhǔn)，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：
第一種是TCP/IP標(biāo)準(zhǔn)通信。
第二種是實(shí)時通信。應(yīng)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(shí)時（IRT）通信。應(yīng)用于實(shí)時性要求很高的運(yùn)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(shí)時數(shù)據(jù)和標(biāo)準(zhǔn)的TCP/IP數(shù)據(jù)。
2、profinet的特點(diǎn)
系統(tǒng)開放性、實(shí)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(shè)備的狀況，從而保證了大量底層設(shè)備高效可靠通訊。
網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(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(jìn)，使用網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)scalance很容易組成星型、樹型等。
基于TCP/IP的標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)，系統(tǒng)兼容性好，資源共享能力強(qiáng)，很容易實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)集成。
（二）profinet在制絲線的應(yīng)用
分廠制絲生產(chǎn)線以前主要運(yùn)用profibus總線，2008年11月對制絲生產(chǎn)線的自動控制系統(tǒng)進(jìn)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(luò)系統(tǒng)如下圖。
（綠色網(wǎng)線：profinet，紅色網(wǎng)線：保留的profibus）
整個制絲生產(chǎn)線自動化網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)分為兩級：管理層和設(shè)備層。
管理層：由以太網(wǎng)Ethernet構(gòu)成；設(shè)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(shí)施管理功能，設(shè)備層（profinet）主要實(shí)施設(shè)備控制功能，是車間的主干網(wǎng)絡(luò)。Profinet網(wǎng)絡(luò)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(diǎn)是：當(dāng)網(wǎng)絡(luò)某一處故障時，整個網(wǎng)絡(luò)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(fēng)力送絲段。每個工段是profinet網(wǎng)絡(luò)的一個主結(jié)點(diǎn)，用以太網(wǎng)交換機(jī)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(shè)備，主要是數(shù)量較多的倫茨變頻器和電子秤等。上圖中紅色網(wǎng)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(shí)現(xiàn)了星型結(jié)構(gòu)，改變了傳統(tǒng)的profibus總線難以實(shí)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(shè)備故障不會造成全段停機(jī)，從而保證網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的各結(jié)點(diǎn)能相互獨(dú)立工作。
三、Profinet在制絲線自動化系統(tǒng)中的應(yīng)用的效果
（一）改造效果。改造后的制絲線自動化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)清晰，層次簡單明了。整個profinet系統(tǒng)已工作運(yùn)行1年多，系統(tǒng)實(shí)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(luò)故障產(chǎn)生停機(jī)的現(xiàn)象。整個系統(tǒng)的數(shù)據(jù)信息處理能力大為加強(qiáng)，掛接在profinet上的每一設(shè)備或儀表都有單獨(dú)的IP地址，能夠在整個以太網(wǎng)內(nèi)進(jìn)行任意通訊，實(shí)現(xiàn)了底層設(shè)備的數(shù)據(jù)通訊簡單化、標(biāo)準(zhǔn)化。
（二）制絲線自動化系統(tǒng)的發(fā)展方向。profibus現(xiàn)場總線只能實(shí)現(xiàn)底層設(shè)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(yīng)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(shí)現(xiàn)了統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)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(shí)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)線樹立了標(biāo)桿、榜樣作用。
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