基于inline技术和profibus-dp现场总线设计卷烟厂集中工艺风力系统

1、引言

在卷烟生产过程中，卷接集中风力平衡系统是一项应用于卷烟机和接咀机组上的风力集中供给和风力自动平衡技术。本项目改造数台（套）卷接机组，拆除单台设备原有的高压风机与除尘装置，应用风力平衡调节技术，建立集中工艺风力与除尘系统来替代卷接机组原有的单机风力与除尘系统。

该系统具有完善的风力供给功能、显著的经济效益和社会效益，为保证各卷接机组连续、高效、稳定运行，系统风力稳压控制和卷接机组风力自动平衡显得尤为重要。项目采用phoenix（菲尼克斯电气）的inline i/o模块和siemens的profibus-dp现场总线，实现了系统的稳定性控制目标。

2、 profibus-dp与inline i/o模块概述

2.1 现场总线

随着制造业自动化和过程自动化中分散化结构的迅速增长，现场总线的应用日益广泛，现场总线实现了数字和模拟输入/输出模块、智能信号装置、电机起动器和过程调节装置与可编程逻辑控制器（plc）和pc之间的数据通讯，把i/o通道分散到实际需要的现场设备附近，从而使整个系统的工程费用、装配费用、硬件成本、设备调试和维修成本减少到最少。标准化的现场总线具有开放的通讯接口，透明的通讯协议，允许用户选用不同的制造商生产的分散i/o装置和现场设备。主流的现场总线包括interbus、profibus等。

2.2 profibus-dp

profibus符合现场总线国际标准和欧洲过程现场总线系统标准（iec61158/en50170 v.2），适合于自动化工厂中单元级和现场级符合profibus标准的自动化系统和现场设备数据通讯网络。profibus的通讯协议可以分为：fms、dp和pa，profibus-dp是一个令牌网，逻辑令牌只含有一个主站，即属于主－从网络，只存在一个主站，可以有多个从站（在一个网段内最多只允许32个从站），根据总线长度的不同（≤1000m），传输速率从9.6kbit/s～12mbit/s。

2.3 phoenix i/o模块

菲尼克斯电气提供的inline系列总线产品可以满足各种不同的总线系统（interbus、profibus-dp、devicenet、ethernet、profinet）的远程工业现场接入工程，具有很好的开放性，inline站只需要配置相应的总线耦合器就可以接入不同的现场总线系统。

inline采用模块化设计，模块体积小巧，即插即用，接线采用笼式弹簧连接技术，接线简单，可靠，现场条件适应性强，灵活的接线方式和可靠的接触效果，增强了总线系统的可靠性和可维护性。inline模块种类齐全，数字量i/o模块可以提供1、2、3线制连接方式，有1/2/4/8/16/32 i/o点多种通道模块可以选择，模拟量模块有1/2/4/8通道模块可以选择，同时模拟量模块通过前连接器可以方便实现信号电缆的屏蔽和接地。inline功能模块全，可提供rs232、rs485/422通讯模块、增量型/绝对型编码器模块、高速计数器模块、温度pid控制模块、分布式cpu等，可以根据需要组建灵活配置的i/o分布式远程子站。

inline电机起动器为集成电子式结构，体积小巧，安装方便。可根据负载设定额定电流值以适应不同功率的电机，可在线监控电机工作电流，具有电机过载、过压、过流保护，通过选配的电机温度控制模块可以实时监控电机的工作温度，保护电机，通过选配的电机刹车模块可以实现快速的电机制动。

inline系统采用特殊设计的高强度工业硬件平台，从而可耐受振动、高温以及各种工业环境下的电气干扰。配置完成整个子站后，相应的强电回路、i/o电源回路、逻辑电源回路之间自动完成隔离。

inline允许用户带电插拔系统中的任何i/o模块，而不会对模块造成损坏。这对于系统的维护与检修有着很大的帮助，用户就可以在继续维持系统运行的同时更换有故障的模块，而不会影响整个系统其它部分的正常运行。inline模块自带多种指示灯，可以在模块上实现站、模块、通道的诊断。

3、 基于inline技术的工程设计

3.1 项目设计

青岛卷烟厂目标设计总共34台卷接机组，分成8个卷接集中工艺风力平衡系统；共建立1套控制系统，2条profibus-dp现场总线，现场的数字量、模拟量采集及过程控制均通过profibus-dp现场总线实现。控制系统配置如下：plc为1套s7-300（cpu315-2dp），该cpu作为profibus（1）dp主站，通讯速率为500k bit/s，总线长度约100米;在s7-300上配置一个通讯模块cp342-5，作为profibus（2）dp主站，通讯速率为187k bit/s，总线长度约500米；8个系统配置8台变频器，作为pprofibus（1）dp从站）和16个i/o站（profibus（2）dp从站，其中除尘段8个，卷接风力平衡8个；在s7-300上另配置一个通讯模块cp343-1，与工控机（ppc5112）实现数据采集和系统监控功能；控制系统网络拓扑图如图1所示。

3.2 硬件组态及参数设置

（1）组态

phoenix的inline耦合器（ilpbdp/v1-pac）挂到profibus-dp上，先需要提供一个相匹配的gsd文件（dip8=on/off两种模式，通过dip拨码开关设置从站地址，其硬件配置要和step7组态相匹配）。在step7中进行硬件组态（hardware），在菜单options中选择install gsd files进行安装，安装成功后，在catalogprofibus dpadditional field devicesi/o中就能找到phoenix i/o了，然后在profibus dp上添加了耦合器，最后把相应的模块按顺序添加上去就可以了，见图2。

（2）参数设置

phoenix电机起动器（elr）是电子式的，与传统机械式的主要区别是可以在线读取电机运行电流和整定额定电流。通过参数初始化就可以整定电机额定电流和启动方式（在程序中把b#16#d7送到相应的控制字节里，表示电机整定电流为in=1.5a），由于初始化字节和控制字节是同一个字节，初始化期间电机不能运行；电机需要运行时，在程序中把b#16#40送到相应的控制字节里，如果电机起动器断电后，重新上电时，必须重新初始化电机起动器elr。当馈电器elr过载或空载的时候，馈电器elr都会自己保护，并报故障，此时需要复位（在程序中把b#16#20送到相应的控制字节里）。

phoenix的i/o模块di和do组态比较简单，ai（ib il ai2/sf-pac）模块在使用前也需要把通道参数初始化，例如：channel1（piw268），先通过pqw268把通道设定为设计目标，具体如下：bit15=1表示配置数据（初始化），bit5 to bit4=00表示模板为ib il（15bits）（default），bit3 to bit0=1010表示信号为4ma-20ma（2线制），把16#800a写入pqw268即可把channel1设定为4ma-20ma信号（2线制），同理可以把channel2通道设定为设计目标，最后只要把piw268读入，然后根据量程0-30000与4-20ma（-20000～20000pa）对应的关系就可以计算出实测值。

4 、 结束语

phoenix i/o及profibus-dp在该项目中的成功应用，控制系统可靠性高，集中工艺风力系统运行稳定可靠。inline站内i/o模块能自动建立交叉线、可插拔式i/o连线、外型轻巧、分段电源、侧板连接及din导轨安装等特点，为用户提高了选型效率、节省了安装空间和安装时间，受到众多用户的青睐，图3为现场安装的inline子站。

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