西门子Profibus PA 在烟草行业的应用

一、项目简介

驻马店卷烟厂是有着五十多年历史的卷烟厂。2003年，与许昌卷烟厂合并，成立许昌卷烟总厂。中国加入WTO以后，烟草行业将要逐步的对国外开放。为了在与国外烟草行业的竞争中立于不败之地，驻马店卷烟厂在继“七五”技改以后，再次进行技改，新上一条生产线，设计年生产能力为30万箱。
在这条生产线的制丝线中，设备以国产为主，控制系统全部采用西门子公司的产品。为了有较好的投资回报率，该生产线中的制丝线采用了西门子公司最新的技术，如光纤环网、Profibus-PA总线。

二、系统介绍
　　驻马店卷烟厂新上制丝线主要有以下几个工艺段：叶片段、叶丝段、白肋烟处理段、梗处理段、掺配加香段、贮丝段。
制叶片段：烟包经切片机切片以后，变成叶片。叶片经过回潮润进行回潮，然后经过加料筒加料以后，进入到预混柜中。最后将叶片从预混柜中输送到贮叶柜，完成混合的功能。
　　制叶丝段：从贮叶柜出来的叶片，经过回潮筒和切丝机以后，被切丝机切成烟丝。烟丝经过再次回潮，最后进入烘丝机进行烘丝，使烟丝的水分和其他的一些工艺参数达到一定的指标。
白肋烟处理段：叶片经过加里料、白肋烟烤机烘烤、加表料以后，进入到贮柜中，与叶片进行掺配。
　　梗处理段：烟梗经过洗梗机洗梗以后，进入到贮梗柜进行发酵。发酵后的烟梗经过切梗丝机切丝以后，切成梗丝。梗丝经过STS以后，使梗丝的水分和其他的一些工艺参数达到一定的指标，进入到梗丝柜等待掺配。
　　掺配加香段：从烘丝机出来的烟丝，按照一定的比例掺配梗丝、膨丝、残丝和薄片丝，然后经过加香以后，进入到贮丝柜。
贮丝段：进入到贮丝柜的烟丝，在存贮一段时间以后，按照不同的牌号，从不同的喂丝机将烟丝风送到卷包车间。
从上面的工艺过程可以看出，主要的控制设备是润叶筒、加香加料筒、白肋烟烤机、烘丝机、烘梗丝机等设备，控制的参数是水分、温度、水流量、蒸汽流量、加料流量、加香流量等。

三、系统组成
　　由于制丝生产线中控制的主要参数是模拟量，并且数量比较多。 如果对仪表采用4-20mA的方式，仪表的接线比较多，新增仪表比较麻烦，并且能够获取的信息有限。采用PROFIBUS-PA总线，增大了控制器与现场仪表通讯的信息量，不仅能够读取大量的信息，还可以实现仪表的远程维护；省去了大量电缆的敷设，提高了可靠性；提高了系统的扩展性。
驻马店卷烟厂制丝线的管理层采用普通以太网，集中监控层采用西门子公司工业以太网，设备层采用Profibus总线。
对于某一个工艺段，其网络结构下图所示：

　　西门子公司的S7 400系列的PLC通过以太网网卡接入到工业以太网的光纤环网中。MP370通过MPI接入到PLC中。现场分布式I/O站、其它DP设备、PROFIBUS-PA的链接器通过PROFIBUS-DP接入到PLC的DP接口中。
　　从PROFIBUS-PA的耦合器中引出PROFIBUS-PA总线，将现场仪表连接起来。下面以叶片段为例，说明其配置安装情况。
在一个PROFIBUS-PA网段中，一般由耦合器、三通接头、终端电阻、PROFIBUS-PA网线组成。在本系统中，考虑到系统对PROFIBUS-DP通讯数率的要求及编址的要求，系统采用链接器接入到PROFIBUS-DP网络中，耦合器接入到PROFIBUS-PA网络中。链接器和耦合器之间采用背板总线连接。这样PROFIBUS-DP的波特率可以高达12Mbit/s，而PROFIBUS-PA的波特率为31.25KBd。同时在组态网络的时候，链接器作为DP从站占据DP的一个地址，耦合器没有地址，组态时不考虑它；所有仪表和执行器均作为链接器的从属，独立于PROFIBUS-DP单独进行编址。由于烟厂的环境不是属于危险区，因此采用非本安型。
在叶片段中，有7个现场仪表需要上PROFIBUS-PA网络，其中有5个调节阀，2个测温仪。
　　据上面的分析，我们采用的主要器件如下：
链接器：6ES7 157-0AA81-0XA0 1个；
耦合器：6ES7 157-0AC80 0XA0 1个；
电缆：6XV1 830-5FH10；
三通：6GK1 905-0AA00 7个；
终端电阻：6GK1 905-0AE00 2个；
　　在这7个现场仪表中，考虑到香料烟回潮筒的调解阀离其它6个现场仪表比较远，为了节约电缆，其安装接线图如下：


四、控制系统完成的功能
　　在STEP 7中，我们将硬件组态好以后，可以利用梯形图或者语句表来进行编程。可以根据不同的需要，对现场仪表选择不同的输入输出的长度，具体的参见现场仪表的说明书。
由于在该系统中，现场仪表的输入和输出都超过了4个字节，因此必须采用SFC14和SFC15来进行读和写。
　　对于调节阀，我们可以对其进行设定其输出，同时可以读取现场仪表的状态并显示在操作屏中。不同的状态用不同的颜色表示。维修人员可以根据不同的颜色来判断当前的调节阀是否有问题，是哪一方面的问题。这样便于解决出现的问题。
　　对于测温仪，我们可以对可以读取现场仪表的温度值和状态并显示在操作屏中。不同的状态用不同的颜色表示。维修人员可以根据不同的颜色来判断当前的测温仪是否有问题，是哪一方面的问题。这样便于解决出现的问题。

五、应用情况
　　由于我公司是第一次使用PROFIBUS-PA总线，刚开始还有一些信心不足。在安装调试过程当中，进行的相当顺利，安装简单，编程容易，调试方便，性能稳定可靠。由于安装现场有蒸汽管道，一开始我们担心时间长了会出现问题。但是自2003年10月制丝线开始正式生产以后，PROFIBUS-PA运行良好，没有出现任何问题，受到了用户的一致好评。可以说，PROFIBUS-PA在该项目中是成功的。以后我公司还会继续在别的项目中进行推广。