現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)PROFIBUS在HXD的應(yīng)用

摘 要：本文詳細(xì)介紹了現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)PROFIBUS在濟(jì)南卷煙廠“十五”技改重點(diǎn)項(xiàng)目，從英國(guó)引進(jìn)的HXD的應(yīng)用，包括HXD的系統(tǒng)配置、系統(tǒng)功能及控制站結(jié)構(gòu)等。

關(guān)鍵詞：現(xiàn)場(chǎng)總線 PROFIBUS HXD 系統(tǒng)配置 工藝氣體

1.前言

　　HXD是一種高性能的煙草葉絲在線膨脹干燥設(shè)備，具有機(jī)械構(gòu)造簡(jiǎn)單、自動(dòng)化程度高、可靠性好、維護(hù)費(fèi)用較低、可有效提高煙絲填充能力并改善和穩(wěn)定卷煙內(nèi)在品質(zhì)等優(yōu)點(diǎn)，因此研究并推廣HXD的控制方式對(duì)促進(jìn)我國(guó)煙草行業(yè)的發(fā)展是有益的。

　　PROFIBUS是PROCESS FIELD BUS的縮寫(xiě)，是一種國(guó)際性的開(kāi)放式的現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)，廣泛應(yīng)用于加工制造、流程工業(yè)及樓宇等方面的自動(dòng)化控制，技術(shù)已十分成熟。PROFIBUS依據(jù)應(yīng)用特點(diǎn)分為PROFIBUS-DP，PROFIBUS-PA，PROFIBUS-FMS三個(gè)相互兼容版本。

2.HXD的構(gòu)成及工藝流程

　　以濟(jì)南卷煙廠的HXD為例介紹HXD的構(gòu)成。

　　HXD可分為燃燒爐、干燥塔及旋風(fēng)分離器兩大部分，共有電機(jī)11臺(tái);燃燒爐部分與PROFIBUS-PA相連的設(shè)備如下：溫度傳感器（TT）6個(gè)，流量調(diào)節(jié)閥（FCV）6個(gè)，流量傳感器（FT）3個(gè)，壓力傳感器（PT）1個(gè);干燥塔及旋風(fēng)分離器部分與PROFIBUS-PA相連的設(shè)備如下：溫度傳感器（TT）3個(gè)，流量調(diào)節(jié)閥（FCV）5個(gè)，水分儀（MT）一臺(tái)，流量傳感器（FT）4個(gè)，差壓傳感器（PdT）1個(gè);兩部分皆有火花（焰）探測(cè)器，另有壓力調(diào)節(jié)閥、壓力開(kāi)關(guān)、電磁閥、單向閥等設(shè)備若干。

　　HXD具有將回潮后葉絲膨脹、干燥并自動(dòng)調(diào)節(jié)煙絲水分等功能，其工藝流程如附圖1所示。

3.控制系統(tǒng)構(gòu)成及功能

　　3.1 控制系統(tǒng)構(gòu)成

　　如附圖2所示，系統(tǒng)采用PROFIBUS—DP單主站系統(tǒng)，主站選用高性能的S7-400型PLC，系統(tǒng)通過(guò)DP協(xié)議連接I/O控制單元ET200S、PC670、TP27、水分儀、變頻器及S7300型PLC;通過(guò)DP/PA耦合器與現(xiàn)場(chǎng)溫度傳感器、流量傳感器、壓力傳感器、流量調(diào)節(jié)閥相連。現(xiàn)場(chǎng)設(shè)有5個(gè)現(xiàn)場(chǎng)控制柜，控制柜接口模塊分別選用IM157與IM151及帶PROFIBUS接口的變頻器，通過(guò)DP/PA耦合器可方便的將掛在ROFIBUS-PA上的設(shè)備集成到PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)上，通過(guò)PROFIBUS協(xié)議將PLC與現(xiàn)場(chǎng)控制柜、現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)與調(diào)節(jié)儀表等設(shè)備有機(jī)的連在一起，構(gòu)成一體化控制系統(tǒng)。

　　3.2 系統(tǒng)功能

　　（1）水分/工藝氣體溫度的控制;

　　（2）工藝氣體流量的控制;

　　（3）進(jìn)料口壓力的控制;

　　（4）系統(tǒng)清洗與滅火控制;

　　（5）燃燒爐的控制;

　　（6）工藝及控制參數(shù)的設(shè)定功能;

　　（7）工藝流程監(jiān)控及設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)顯示;

　　（8）故障診斷與報(bào)警功能;

　　（9）相關(guān)參數(shù)的顯示功能。

　　3.3 系統(tǒng)工作原理

　　操作人員首先通過(guò)綜合參數(shù)設(shè)定表（見(jiàn)附錄）設(shè)定相關(guān)工藝與控制參數(shù)。按下啟動(dòng)按鈕后系統(tǒng)檢測(cè)安全連鎖開(kāi)關(guān)，如有異常則報(bào)警，正常則啟動(dòng)清洗與滅火系統(tǒng)加壓泵，通過(guò)旋風(fēng)分離器出口排氣管路上風(fēng)門(mén)開(kāi)度調(diào)節(jié)工藝氣體流量，通過(guò)排塵管路上風(fēng)門(mén)開(kāi)度控制進(jìn)料口壓力。水分/工藝氣體溫度的控制則由調(diào)節(jié)溫控噴嘴系統(tǒng)流量（小范圍）和燃燒爐熱交換器輸出溫度實(shí)現(xiàn)。燃燒爐的控制相對(duì)獨(dú)立，其與主站僅是啟停等簡(jiǎn)單聯(lián)系，燃燒爐主要是控制溫度。在系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，通過(guò)擴(kuò)展的PROFIBUS診斷功能對(duì)故障快速定位，診斷信息在總線上傳輸并由PLC收集，通過(guò)PC670及TP27顯示系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)和相關(guān)參數(shù)，如在HXD出口檢測(cè)到火花則通過(guò)滅火控制系統(tǒng)將混有火花的物料與正常物料分離并撲滅火花，在生產(chǎn)結(jié)束時(shí)要求進(jìn)入設(shè)備清洗狀態(tài)。

　　3.4 系統(tǒng)配置

　　（1）主電控柜CP2中，設(shè)置一套S7-400 PLC，其硬件配置主要包括：

　　1CPU選用414-2DP（6ES7 414-2XG03-0AB0）;

　　2數(shù)字量輸入模塊選用6ES7 421-7BH00-0AB0;

　　3數(shù)字量輸出模塊選用6ES7 422-1BH10-0AA0;

　　4接口模塊分別選用IM157（6ES7 157-0AA80-0XA0）和IM151（6ES7 151-1 AA02-0AB0）;

　　5DP/PA耦合器選用6ES7 157-0AC00-0XA0;

　　6PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)通訊模塊選用6GK7 433-1EX11-0XE0;

　　（2）燃燒爐控制柜（CP2C）中另設(shè)一套S7-300 PLC。其硬件配置主要包括：

　　1CPU選用315-2DP（6ES7 315-1AD03-0AB0）;

　　2數(shù)字量輸入模塊選用6ES7 321-1BH02-0AA0;

　　3數(shù)字量輸出模塊選用6ES7 322-1HF01-0AA0;

　　4模擬量輸入模塊選用6ES7 331-7KB02-0AB0;

　　5接口模塊選用IM157（6ES7 157-0AA81-0XA0）;

　　6DP/PA耦合器選用6ES7-157-0AC80-0XA0;

　　以上兩項(xiàng)其編程語(yǔ)言為STEP7。

　　（3）現(xiàn)場(chǎng)設(shè)有分別控制循環(huán)風(fēng)機(jī)、排煙風(fēng)機(jī)、工藝氣體主風(fēng)機(jī)、進(jìn)出料氣鎖及燃燒爐控制柜5套電控柜，其中循環(huán)風(fēng)機(jī)與工藝氣體主風(fēng)機(jī)為軟啟動(dòng)，排煙風(fēng)機(jī)為變頻啟動(dòng)，此變頻器選用可與PROFIBUS連接的西門(mén)子MICROMASTER 440型變頻器，接口模塊選用IM151（6ES7 151-1 AAO2-OASO），分布式I/O模塊選用ET200S輸入輸出模塊。

　　（4）連接在PROFIBUS-PA上的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備分別為：

　　溫度傳感器選用帶PROFIBUS-PA接口的西門(mén)子公司的組件模塊（（T3K）;

　　流量調(diào)節(jié)閥選用帶PROFIBUS-PA接口的西門(mén)子公司的組件模塊（SIPART PS2PA）;

　　流量傳感器選用帶PROFIBUS-PA接口的西門(mén)子公司的組件模塊（7MF4332）;

　　壓力傳感器選用帶PROFIBUS-PA接口的西門(mén)子公司的組件模塊（7MF4032）;

　　水分儀選用NDC公司的TM710。

　　（5）CPU414-2DP與CPU315-2DP模塊2DP及DP/PA耦合器分別連接分布式I/O、ET200S及現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備等，采集現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)和驅(qū)動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，通信協(xié)議分別采用CP443-1和CP342-5模塊，共同構(gòu)成PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。

4.網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與特性

　　4.1 PROFIBUS協(xié)議結(jié)構(gòu)

　　PROFIBUS的結(jié)構(gòu)是依據(jù)ISO7498國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)以開(kāi)放系統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)OSI的7層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)為參考模型。

　　PROFIBUS-DP使用第一層、第二層和用戶(hù)接口，第三層至第七層未加以描述。此種流體型結(jié)構(gòu)確保了數(shù)據(jù)傳輸?shù)目焖俸陀行В苯訑?shù)據(jù)鏈路映像（DDLM）提供易于進(jìn)入第二層的用戶(hù)接口，用戶(hù)接口規(guī)定了用戶(hù)及系統(tǒng)以及不同設(shè)備可以調(diào)用的應(yīng)用功能，并詳細(xì)說(shuō)明了各種不同PROFIBUS設(shè)備的設(shè)備行為，提供了傳輸用的RS-485傳輸技術(shù)或光纖。

　　PROFIBUS-PA數(shù)據(jù)傳輸采用擴(kuò)展的“PROFIBUS-DP”協(xié)議，還使用了描述現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備行為的標(biāo)準(zhǔn)，PROFIBUS-PA可確保本質(zhì)安全性并使現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備通過(guò)總線供電。利用DP/PA耦合器PROFIBUS-PA設(shè)備可方便的集成到PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)。

　　4.2 PROFIBUS特性

　　PROFIBUS-DP用于設(shè)備級(jí)的高速數(shù)據(jù)傳輸，通過(guò)高速串行線CPU與分散的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行通信，大多數(shù)數(shù)據(jù)傳輸是周期性的，并保證總線循環(huán)時(shí)間比控制器循環(huán)時(shí)間短。部分智能化現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備還需要非周期性通信以進(jìn)行配置、診斷與報(bào)警處理。

　　PROFIBUS-PA針對(duì)過(guò)程自動(dòng)化設(shè)計(jì)。PA將自動(dòng)控制系統(tǒng)與帶有現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備如壓力、溫度、流量、調(diào)節(jié)閥等變送器或執(zhí)行器的過(guò)程控制系統(tǒng)連接起來(lái)，用于對(duì)安全性要求高的場(chǎng)所或由總線供電的設(shè)備。PROFIBUS-PA相對(duì)傳統(tǒng)控制系統(tǒng)在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的電纜敷設(shè)、調(diào)試、運(yùn)行、維護(hù)等方面可節(jié)省50%左右的成本。

　　附錄：綜合參數(shù)設(shè)定表：

　　物料流量——KG/H

　　延時(shí)時(shí)間——S

　　回潮后煙絲水分——%

　　分離器出口氣體溫度（空運(yùn)轉(zhuǎn)模式）——°C

　　分離器出口氣體溫度（干燥模式）——°C

　　進(jìn)料點(diǎn)前端氣體溫度——°C

　　工藝氣體流量——KG/H

　　模擬載荷流量——KG/H

　　控制載荷流量——KG/H

　　蒸汽注射——KG/H

　　出口煙絲水分——%