摘 要：本文詳細介紹了現(xiàn)場總線技術PROFIBUS在濟南卷煙廠“十五”技改重點項目，從英國引進的HXD的應用，包括HXD的系統(tǒng)配置、系統(tǒng)功能及控制站結構等。 關鍵詞：現(xiàn)場總線 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備，具有機械構造簡單、自動化程度高、可靠性好、維護費用較低、可有效提高煙絲填充能力并改善和穩(wěn)定卷煙內在品質等優(yōu)點，因此研究并推廣HXD的控制方式對促進我國煙草行業(yè)的發(fā)展是有益的。 　　PROFIBUS是PROCESS FIELD BUS的縮寫，是一種國際性的開放式的現(xiàn)場總線標準，廣泛應用于加工制造、流程工業(yè)及樓宇等方面的自動化控制，技術已十分成熟。PROFIBUS依據(jù)應用特點分為PROFIBUS-DP，PROFIBUS-PA，PROFIBUS-FMS三個相互兼容版本。 2.HXD的構成及工藝流程 　　以濟南卷煙廠的HXD為例介紹HXD的構成。 　　HXD可分為燃燒爐、干燥塔及旋風分離器兩大部分，共有電機11臺;燃燒爐部分與PROFIBUS-PA相連的設備如下：溫度傳感器（TT）6個，流量調節(jié)閥（FCV）6個，流量傳感器（FT）3個，壓力傳感器（PT）1個;干燥塔及旋風分離器部分與PROFIBUS-PA相連的設備如下：溫度傳感器（TT）3個，流量調節(jié)閥（FCV）5個，水分儀（MT）一臺，流量傳感器（FT）4個，差壓傳感器（PdT）1個;兩部分皆有火花（焰）探測器，另有壓力調節(jié)閥、壓力開關、電磁閥、單向閥等設備若干。 　　HXD具有將回潮后葉絲膨脹、干燥并自動調節(jié)煙絲水分等功能，其工藝流程如附圖1所示。 [align=center] 圖1 HXD工藝流程[/align] 3.控制系統(tǒng)構成及功能 　　3.1 控制系統(tǒng)構成 　　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DP/PA耦合器與現(xiàn)場溫度傳感器、流量傳感器、壓力傳感器、流量調節(jié)閥相連?，F(xiàn)場設有5個現(xiàn)場控制柜，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DP/PA耦合器可方便的將掛在ROFIBUS-PA上的設備集成到PROFIBUS-DP網(wǎng)絡上，通過PROFIBUS協(xié)議將PLC與現(xiàn)場控制柜、現(xiàn)場檢測與調節(jié)儀表等設備有機的連在一起，構成一體化控制系統(tǒng)。 [align=center] 圖2 HXD網(wǎng)絡拓撲圖[/align] 　　3.2 系統(tǒng)功能 　?。?）水分/工藝氣體溫度的控制; 　?。?）工藝氣體流量的控制; 　?。?）進料口壓力的控制; 　?。?）系統(tǒng)清洗與滅火控制; 　?。?）燃燒爐的控制; 　?。?）工藝及控制參數(shù)的設定功能; 　　（7）工藝流程監(jiān)控及設備運行狀態(tài)顯示; 　?。?）故障診斷與報警功能; 　　（9）相關參數(shù)的顯示功能。 　　3.3 系統(tǒng)工作原理 　　操作人員首先通過綜合參數(shù)設定表（見附錄）設定相關工藝與控制參數(shù)。按下啟動按鈕后系統(tǒng)檢測安全連鎖開關，如有異常則報警，正常則啟動清洗與滅火系統(tǒng)加壓泵，通過旋風分離器出口排氣管路上風門開度調節(jié)工藝氣體流量，通過排塵管路上風門開度控制進料口壓力。水分/工藝氣體溫度的控制則由調節(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現(xiàn)。燃燒爐的控制相對獨立，其與主站僅是啟停等簡單聯(lián)系，燃燒爐主要是控制溫度。在系統(tǒng)運行時，通過擴展的PROFIBUS診斷功能對故障快速定位，診斷信息在總線上傳輸并由PLC收集，通過PC670及TP27顯示系統(tǒng)運行狀態(tài)和相關參數(shù)，如在HXD出口檢測到火花則通過滅火控制系統(tǒng)將混有火花的物料與正常物料分離并撲滅火花，在生產結束時要求進入設備清洗狀態(tài)。 　　3.4 系統(tǒng)配置 　?。?）主電控柜CP2中，設置一套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)絡通訊模塊選用6GK7 433-1EX11-0XE0; 　?。?）燃燒爐控制柜（CP2C）中另設一套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; 　　以上兩項其編程語言為STEP7。 　?。?）現(xiàn)場設有分別控制循環(huán)風機、排煙風機、工藝氣體主風機、進出料氣鎖及燃燒爐控制柜5套電控柜，其中循環(huán)風機與工藝氣體主風機為軟啟動，排煙風機為變頻啟動，此變頻器選用可與PROFIBUS連接的西門子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)場設備分別為： 　　溫度傳感器選用帶PROFIBUS-PA接口的西門子公司的組件模塊（（T3K）; 　　流量調節(jié)閥選用帶PROFIBUS-PA接口的西門子公司的組件模塊（SIPART PS2PA）; 　　流量傳感器選用帶PROFIBUS-PA接口的西門子公司的組件模塊（7MF4332）; 　　壓力傳感器選用帶PROFIBUS-PA接口的西門子公司的組件模塊（7MF4032）; 　　水分儀選用NDC公司的TM710。 　?。?）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)場設備等，采集現(xiàn)場數(shù)據(jù)和驅動現(xiàn)場調節(jié)機構，通信協(xié)議分別采用CP443-1和CP342-5模塊，共同構成PROFIBUS網(wǎng)絡系統(tǒng)。 4.網(wǎng)絡結構與特性 　　4.1 PROFIBUS協(xié)議結構 　　PROFIBUS的結構是依據(jù)ISO7498國際標準以開放系統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)絡OSI的7層網(wǎng)絡結構為參考模型。 　　PROFIBUS-DP使用第一層、第二層和用戶接口，第三層至第七層未加以描述。此種流體型結構確保了數(shù)據(jù)傳輸?shù)目焖俸陀行?，直接?shù)據(jù)鏈路映像（DDLM）提供易于進入第二層的用戶接口，用戶接口規(guī)定了用戶及系統(tǒng)以及不同設備可以調用的應用功能，并詳細說明了各種不同PROFIBUS設備的設備行為，提供了傳輸用的RS-485傳輸技術或光纖。 　　PROFIBUS-PA數(shù)據(jù)傳輸采用擴展的“PROFIBUS-DP”協(xié)議，還使用了描述現(xiàn)場設備行為的標準，PROFIBUS-PA可確保本質安全性并使現(xiàn)場設備通過總線供電。利用DP/PA耦合器PROFIBUS-PA設備可方便的集成到PROFIBUS-DP網(wǎng)絡。 　　4.2 PROFIBUS特性 　　PROFIBUS-DP用于設備級的高速數(shù)據(jù)傳輸，通過高速串行線CPU與分散的現(xiàn)場設備進行通信，大多數(shù)數(shù)據(jù)傳輸是周期性的，并保證總線循環(huán)時間比控制器循環(huán)時間短。部分智能化現(xiàn)場設備還需要非周期性通信以進行配置、診斷與報警處理。 　　PROFIBUS-PA針對過程自動化設計。PA將自動控制系統(tǒng)與帶有現(xiàn)場設備如壓力、溫度、流量、調節(jié)閥等變送器或執(zhí)行器的過程控制系統(tǒng)連接起來，用于對安全性要求高的場所或由總線供電的設備。PROFIBUS-PA相對傳統(tǒng)控制系統(tǒng)在現(xiàn)場設備的電纜敷設、調試、運行、維護等方面可節(jié)省50%左右的成本。 　　附錄：綜合參數(shù)設定表： 　　物料流量——KG/H 　　延時時間——S 　　回潮后煙絲水分——% 　　分離器出口氣體溫度（空運轉模式）——°C 　　分離器出口氣體溫度（干燥模式）——°C 　　進料點前端氣體溫度——°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——%