PROFINET在烟草模块化制丝线中的应用

白延洪 朱东华 庞哲忠

引言：本文介绍了新型工业以太网给自动化带来的新技术。文章以延安烟厂为例，主要介绍、阐述了原有系统的存在问题，给出了新系统的设计思路、控制点及优势等。

一、原有现场存在问题

在旧的系统中，各段相互独立，工艺顺序单一，适用固定品牌的大批量生产制作。但随着卷烟市场竞争激烈，新产品的投产要工艺技术不断改进，此时这类电控系统的刚性就暴露无遗。工艺段进行调整时，整个工艺段的电控系统要重新设计；制丝线的整線调整就等同于新建一条生产线。此外，MP370的人机界面功能单一，且当它出现问题时，其所监控的设备就完成启动停止任务；更为可怕的是：当正常停机和故障停机时，整条工艺段都不能运行正常。电控系统难于维护、结构繁杂，无法适应目前先进的柔性生产理念的要求。

二、技改后制丝控制系统的设计简述

1、控制系统的选型方向

目前，标志着未来通信技术发展的控制网络在自动化领域内最前沿的是PROFINET。延安卷烟厂原有的控制系统采用的是逻辑电路和西门子PROFIBUS-DP共存的方式，先进的现代化生产模式、工艺控制要求促使该套系统已经完全不能满足，而全新的PROFINET的诊断功能可以快捷、方便的反应生产设备的运行状态和物料的过程工艺控制数据。在此延安卷烟厂优先选用了西门子工业以太网（PROFINET）。

2、器件选择思路

可编程控制器、现场控制柜、子站柜等器件，选用最新的西门子工业以太网PROFINET技术。但致使相关器件的通信接口就带来了新的需求。可编程控制器的CPU必须具备PROFINET接口，现场子站柜的通信耦合器也同样要求具备该通信接口。具体选型为：PLC主站采用的是西门子S7-300/400PLC，远程I/O子站采用西门子的ET200S，控制层网络由最新的SCALANCEX系列交换机组成，其中SCALANCE X200连接工艺以太网，骨干网络采用SCALANCE X414形成一个冗余的环形网络，提高了正常通信的可靠性。

三、新系统实施后简介

1、集中控制系统

延安卷烟厂易地技改项目制丝线管控系统由设备基础层、监控集中层、生产过程管理层三层构成。工业网络PROFINET、DP网和PA网共同构建出设备基础控制层的高速通讯道路，并构成上位通讯链路满足监控集中层的数据输入输出要求。

PROFINET光纤交换机构建出一个千兆光纤环网，不再依靠物料流向来划分的各生产工艺设备段的设备，它们都全部就近接入该先进的网络。但是其逻辑结构只需要在STEP 7中调试硬件组态时完成。

各工艺控制段相应的现场操作站通过主干网络连接到设备监控网络和管理生产的网络，实现对各控制段设备的监控、启停，同时，可方便的查询生产数据、工艺数据和物料贮存数据。所用的数据库服务器也同样可以方便的接入工业以太网采集相关数据。

监控集中系统利用网络实现了控制、监控和生产管理的三网统一。对于线控进行了合理的规划，不仅将实时的小数据量控制信号可靠传输同时也满足了大数据量的数据传输要求。1000M的光纤环网为系统提供了足够的带宽，同时网络链路的冗余功能也保证了核心网络的可靠性。

管理生产层为日常的制丝线生产提供可视支持，通过相关的设置即可与制丝生产紧密相连，实现对生产任务的全过程监控管理，对制丝生产中的过程数据进行统计分析、保存和打印。它还提供了制丝线生产计划的调度管理功能，利用制丝作业计划任务指挥调度平台，全面实现了对制丝生产的统一调度、管理功能，也实现了对制丝线过程参数的跟踪。制丝生产管理系统是集于厂级MES系统和车间集中监控系统之间的中间系统，它在制丝线生产管理功能的基础上，提供了可靠接口，同时也将制丝生产过程的相关数据上报至厂级的MES，实现两系统的勿扰集成功能。

2、新制丝线工艺控制流程

配置烟叶工序按照卷烟工艺规范配方要求，完成了烟片和原梗的自动组合；叶片预处理工序将各类型等级不同的烟叶加湿、加温、回潮、松散、加糖料，根据工艺配方标准要求完成一定数量的烟叶预配工艺任务；叶丝处理工序将混合后贮存到工艺要求存在时间的烟片由贮料叶柜送出，经过筛分、切丝、定量喂料、叶丝加湿、加温、进入烘干工艺环节；原梗处理段将干燥的烟梗水洗、增温增湿、按照规定时间存放渗透后，使其具备烟梗切丝条件；梗丝处理段工序将处理好的原梗由贮柜送出，经蒸梗、光谱除杂、压梗、金属探测、切梗、膨胀、风冷定型等，进入贮梗丝柜待用；掺配加香段则实现了叶丝、梗丝、膨胀丝、再造薄片丝、残烟丝的按照工艺技术标准要求的比例掺兑、加香、贮存，最终通过风力送丝设备将合格的烟丝风送至对应的卷烟机组。

3、控制网络构建的要点

新的工业以太网PROFINET控制系统带来一个问题，大量的设备直接连在网络中，导致大量的数据包充斥网络，造成通讯效能下降。解决该问题的办法就是使用VLAN(虚拟局域网)，即在交换机中启动VLAN功能，将逻辑上属于同一工艺段的电气器件划归同一个VLAN。VLAN 是可以不管物理位置而分配节点的网络，它的特殊优点是为节点和其它VLAN 网段降低网络负载。

四、结束语

PROFINET 在新电控系统中集成了强大的网络功能，实现了从网络施工安装到WEB技术诊断功能的整个自动化解决方案；PROFINE还方便的解决了各个制作厂家通信不统一及通信接口问题，主要原因是塔提高了高标准化的工程接口。促使新制丝线中网络通信协议更加简单、明了，从很大程度上节约了施工费用和以后的维护费用。

参考文献

[1]中国工控网http://www.gongkong.com/.

[2]人民邮电出版社«西门子PROFINET 工业通信指南».

[3]电子工业出版社«现场指南PROFINET».