现场总线技术在烟草加工自动化中的应用

【摘 要】目前，以传统DCS控制模式为主流的PLC在工业控制中得到大规模的应用，但在工艺规模的不断扩大、控制精度及速度要求的不断提高、工厂级网络希望覆盖范围一直延伸到生产现场的要求下，原DCS控制系统已越来越不适应卷烟厂制烟工艺的要求。随着制丝工艺逐渐多样化，要求控制系统灵活、柔性、易于扩充和更新换代。同时，由于制丝线的设备分散、距离较远，这也正好为现场总线技术的应用提供了大显身手的舞台。本文阐述总线技术的性能和优越性及其应用。

【关键词】现场总线；过程控制；加工

0.引言

随着20世纪末信息时代的到来，控制计算机、通讯、网络等技术的快速发展，人们对于信息交换沟通、传输速度与质量的要求得越来越高，其领域也正在迅速覆盖从工厂的现场设备层到控制、管理的各个层次现场总线控制技术正是在这样一种形势上于上个世纪80年代发展起来的新技术。在经历了二十多年的发展，其技术已经被广泛应用于汽车、机械制造、运输、纺织、石油化工、烟草机械等等领域，巨大的技术优势已经逐步的取代了传统的PLC点对点的控制方式。。它的出现，促进了现场设备的数字化和网络化，并且极大地加强了现场控制的功能，使过程控制系统具有开放性，并成为兼具测量、控制和过程诊断等综合能力的控制系统。

1.现场总线系统的特点

（1）系统的开放性用户可按照自己的需要把来自不同供应商的产品组成大小随意的系统，通过总线构筑成自动化领域的开放互联系统。

（2）互可操作性与互用性互可操作指实现互连设备、系统间的信息传送与沟通；互用性则指不同生产厂家性能相似的设备可以相互替换。

（3）现场设备智能化它将传感测量、补偿计算、工程量处理与控制功能分散到现场的设备之中，仅靠现场设备就可完成控制的基本功能。

（4）系统结构高度分散性从根本上改变了现有的DCS集中与分散相结合的集散控制系统体系，简化了系统结构，提高了可靠性。

（5）对现场环境的适应性作为工厂网络底层的现场总线，具有较强的抗干扰能力，能采用两线制实现供电与通信。

2.过程控制中现场总线的优越性

据有关资料显示，对现场总线项目的调查表明，同经典的各类电缆布线系统费用相比，平均节省开支40％。在小型设备中（约200 I／O点），价格优势达30％。

2.1设计阶段

由于应用现场总线，设计人员可使用全集成的、十分方便的设计工具，使现场的仪表接入、配置、参数设置既方便又快捷；配备中央工程师站，所需各种数据可一次性输入，大幅度减少差错及工作量；可实现网上远程编程，集中监控；实时收集各种生产参数。

2.2安装阶段

只需少量电缆就可取代原先的多束电缆，大大降低布线的错误。

2.3调试阶段

参数设置、仿真运行等方面也使费用降低。

2.4运行阶段

尤其在维护中，现场总线的方案也使错误识别、定位比较简单，备件库存种类大为简化；系统易于扩展，且不增加布线的麻烦。

另外，由于应用现场总线在系统配置中表现出更高的灵活性，系统性能也得以大幅提高，操作人员可以获得比传统的控制系统更多的性能。

现场总线技术相对于传统的DCS系统所具有的优越性可归纳为：

（1）系统结构简化，成本显著降低。

（2）现场设备自治性加强，系统性能全面提高。

（3）提高了信号传输的可靠性和精度。

（4）真正实现全分散、全数字化的控制网络。

（5）用户始终拥有系统的集成权及功能宽展权。

3.烟草行业常用的现场总线

3.1 DeviceNet

DeviceNet是开放型的、符合全球工业标准的通信网络，将底层设备如限位开关、光电开关、气动阀、电动机启动器、过程传感器、条形码阅读器、变频器、软启动器和操作员界面等和车间级控制器相连，无须通过硬线将它们与I／O模块连接，从而减少导线的费用并方便安装。网络也为故障诊断和排除功能提供访问设备现场智能信息的能力。

DeviceNet基于生产者／客户模式通信模式。其中，数据是通过它本身的内容而不是它的数据源和目的来识别的。需要数据的设备（用户）辨别这些数据，然后再接受它。

DeviceNet系统可容纳64个节点，允许用户用一根电缆连接距离＜500m的设备并远至用户的可编程器，无需用导线把每个设备和一个I／O机架连接起来。

电子数据表格或EDS文件以ASCⅡ文件格式存储着设备的详细信息，其中包括I／O数据大小和设备组态参数。

3.2 PROFILBUS－DP

PROFILBUS－DP是一种经过优化的高速和便宜的通信连接，专为自控系统与分散的I／O设备之间通信使用。

PROFILBUS－DP采用主－从方式工作系统。包括一个独立主站（PLC）和一些从站。当系统运行时，主站按顺序访问每个从站。在一个系统中可有多个主站，通过令牌来分配系统。

PROFILBUS－DP使用基于，RS－485标准的物理层。

是一个抗电磁干扰的两线差分系统。其最高速度为12Mbps，从I／O到自控装置的信号传输仅为毫秒级。

即使在严重干扰或远距离的环境下，PROFILBUS现场总线均能保持良好的工作状态。

PROFILBUS－DP系统可容纳大量I／O点。每个系统最多可有126个节点，数千个模拟量和数字量。

PROFILBUS符合欧洲标准EN 50170，与其他公司的产品通用性很强。

4.ET 200S

4.1通用性

ET 200S提供多种模块，具有良好的通用性。通过将电子模块与负载馈电器和安全技术相结合，以及系统的离散设计使ET 200S在现场应用中适于更多有不同功能要求的场合。并且ET 200S可用于任何标准PROFILBUS主站。电动机的控制与动力线路都集成在负载馈电器的模块中，使分布式I／O从站不仅可用于常见开关量（光电、接近开关等），也可用于电动机控制，使整个系统除CPU和人机操作界面外全部分布在现场。

4.2节省总硬件成本

整个系统采用标准安全技术，可节省80％的接线。

ET 200S设计紧凑、模块间无安装间隙、减少电缆通道和消除端子组件，可使开关柜或端子箱节省更多空间。

4.3组态容易

由于采用位模块化方法，组态更加快速容易，扩展和修改也简便易行。

4.4智能管理

ET 200S具有强大的诊断功能，可迅速将故障点定位到模块。

4.5高可用性

电子模块在运行过程中不需任何工具就可更换，其余ET 200S模块则不受影响（即“热插拔”功能）。

【参考文献】

［１］丁美宙,王宏生.气流干燥在烟草加工中的应用研究进展[J].烟草科技,2005,(09).

［２］潘晓斌.PLC在高速卷烟机中的应用[J].电工技术,2008,(08)．

［３］郭泽宜.PLC在工业自动化中的应用[J].科技资讯,2009,(21).

［４］肖振燕.PLC在石灰气烧窑烟气除尘系统改造中的应用[J].科技资讯,2008,(22).

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