网络技术在卷烟厂设备控制层的应用
2010-07-14张尔建
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