1. 項目簡介
卷接集中風力平衡系統(tǒng)是一項應用于卷煙廠卷煙機和接咀機組上的風力集中供給和風力自動平衡技術。對于數(shù)臺（套）卷接機組、拆除單臺設備原有的高壓風機與除塵裝置，應用風力平衡調節(jié)技術，建立集中工藝風力與除塵系統(tǒng)（圖1）來替代卷接機組原有的單機風力與除塵系統(tǒng)。
該系統(tǒng)具有完善的風力供給功能、顯著的經(jīng)濟效益和社會效益，為保證各卷接機組連續(xù)、高效、穩(wěn)定運行，系統(tǒng)風力穩(wěn)壓控制和卷接機組風力自動平衡顯得尤為重要。本項目就是采用了PHOENIX（菲尼克斯電氣）的Inline I/O模塊和SIEMENS的PROFIBUS-DP現(xiàn)場總線，實現(xiàn)了系統(tǒng)的穩(wěn)定性控制目標。
2．現(xiàn)場總線PROFIBUS-DP的概述
2．1 現(xiàn)場總線概述
隨著制造業(yè)自動化和過程自動化中分散化結構的迅速增長，現(xiàn)場總線的應用日益廣泛，現(xiàn)場總線實現(xiàn)了數(shù)字和模擬輸入/輸出模塊、智能信號裝置、電機起動器和過程調節(jié)裝置與可編程邏輯控制器（PLC）和PC之間的數(shù)據(jù)通訊，把I/O通道分散到實際需要的現(xiàn)場設備附近，從而使整個系統(tǒng)的工程費用、裝配費用、硬件成本、設備調試和維修成本減少到最少。標準化的現(xiàn)場總線具有開放的通訊接口，透明的通訊協(xié)議，允許用戶選用不同的制造商生產的分散I/O裝置和現(xiàn)場設備。主流的現(xiàn)場總線包括INTERBUS、PROFIBUS等。
2．2 PROFIBUS-DP的概述
PROFIBUS符合現(xiàn)場總線國際標準和歐洲過程現(xiàn)場總線系統(tǒng)標準（IEC61158/EN50170 V.2）,適合于自動化工廠中單元級和現(xiàn)場級符合PROFIBUS標準的自動化系統(tǒng)和現(xiàn)場設備數(shù)據(jù)通訊網(wǎng)絡。PROFIBUS的通訊協(xié)議可以分為：FMS、DP和PA， PROFIBUS-DP是一個令牌網(wǎng)，邏輯令牌只含有一個主站，即屬于主－從網(wǎng)絡，只存在一個主站，可以有多個從站（在一個網(wǎng)段內最多只允許32個從站），根據(jù)總線長度的不同（≤1000m）,傳輸速率從9.6Kbit/s～12Mbit/s。
3．PHOENIX I/O
菲尼克斯電氣提供的Inline系列總線產品可以滿足各種不同的總線系統(tǒng)（Interbus、Profibus-DP、DeviceNet、Ethernet、Profinet），具有很好的開放性，Inline站只需要配置相應的總線耦合器就可以接入不同的現(xiàn)場總線系統(tǒng)。
Inline采用模塊化設計，模塊體積小巧，即插即用，接線采用籠式彈簧連接技術，接線簡單，可靠，現(xiàn)場條件適應性強,靈活的接線方式和可靠的接觸效果，增強了總線系統(tǒng)的可靠性和可維護性。Inline模塊種類齊全，數(shù)字量I／O模塊可以提供1、2 、3線制連接方式，有1/2/4/8/16/32 I/O點多種通道模塊可以選擇，模擬量模塊有1/2/4/8通道模塊可以選擇，同時模擬量模塊通過前連接器可以方便實現(xiàn)信號電纜的屏蔽和接地。Inline功能模塊全，可提供RS232、RS485/422通訊模塊、增量型/絕對型編碼器模塊、高速計數(shù)器模塊、溫度PID控制模塊、分布式CPU等，使我們可以根據(jù)需要靈活配置所需的I／O分布式子站。
Inline電機起動器為集成電子式結構，體積小巧，安裝方便。可根據(jù)負載設定額定電流值以適應不同功率的電機，可在線監(jiān)控電機工作電流，具有電機過載、過壓、過流保護，通過選配的電機溫度控制模塊可以實時監(jiān)控電機的工作溫度，保護電機，通過選配的電機剎車模塊可以實現(xiàn)快速的電機制動。
Inline系統(tǒng)采用特殊設計的高強度工業(yè)硬件平臺，從而可耐受振動、高溫以及各種工業(yè)環(huán)境下的電氣干擾。配置完成整個子站后，相應的強電回路、I/O電源回路、邏輯電源回路之間自動完成隔離。
Inline允許用戶帶電插拔系統(tǒng)中的任何I/O模塊，而不會對模塊造成損壞。這對于系統(tǒng)的維護與檢修有著很大的幫助，因為這樣用戶就可以在繼續(xù)維持系統(tǒng)運行的同時更換有故障的模塊，而不會影響整個系統(tǒng)其它部分的正常運行。Inline模塊自帶多種指示燈，可以在模塊上實現(xiàn)：站、模塊、通道的診斷。
4．實例分析
4．1項目設計
青島卷煙廠目標設計總共34臺卷接機組，分成8個卷接集中工藝風力平衡系統(tǒng)；共建立1套控制系統(tǒng)，2條Profibus-DP現(xiàn)場總線，現(xiàn)場的數(shù)字量、模擬量采集及過程控制均通過現(xiàn)場總線實現(xiàn)，控制系統(tǒng)配置如下：
PLC為 1套S7-300（CPU315-2DP），該CPU作為Profibus(1) DP主站，通訊速率為500K bit/s，總線長度約100米；在S7-300上配置一個通訊模塊CP342-5，作為Profibus(2)DP主站，為187K bit/s，總線長度約500米；8個系統(tǒng)配置8臺變頻器，作為Profibus(1)DP從站）和16個I/O站（Profibus(2)DP從站，其中除塵段8個，卷接風力平衡8個；在S7-300上另配置一個通訊模塊CP343-1，與工控機（PPC5112）實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和系統(tǒng)監(jiān)控功能；控制系統(tǒng)網(wǎng)絡拓撲圖見圖2。
圖1
圖2
4．2 硬件組態(tài)及參數(shù)設置
1．組態(tài)：PHOENIX的Inline耦合器（ILPBDP/V1-PAC）掛到Profibus-DP上，先需要提供一個相匹配的GSD文件（DIP8=ON/OFF兩種模式，通過DIP撥碼開關設置從站地址，其硬件配置要和STEP7組態(tài)相匹配）。在STEP7中進行硬件組態(tài)（Hardware），在菜單Options中選擇Install Gsd files進行安裝，安裝成功后，在Catalog\PROFIBUS DP\Additional Field Devices\I/O中就能找到PHOENIX I/O了，然后在Profibus DP上添加了耦合器，最后把相應的模塊按順序添加上去就可以了,見圖3。
圖3
2. 參數(shù)設置：PHOENIX電機起動器（ELR）是電子式的，與傳統(tǒng)機械式的主要區(qū)別是可以在線讀取電機運行電流和整定額定電流。通過參數(shù)初始化就可以整定電機額定電流和啟動方式（在程序中把B#16#D7送到相應的控制字節(jié)里，表示電機整定電流為In=1.5A），由于初始化字節(jié)和控制字節(jié)是同一個字節(jié)，初始化期間電機不能運行；電機需要運行時，在程序中把B#16#40送到相應的控制字節(jié)里，如果電機起動器斷電后，重新上電時，必須重新初始化電機起動器ELR。當饋電器ELR過載或空載的時候，饋電器ELR都會自己保護，并報故障，此時需要復位（在程序中把B#16#20送到相應的控制字節(jié)里）。
PHOENIX的I/O模塊DI和DO組態(tài)比較簡單， AI（IB IL AI2/SF-PAC）模塊在使用前也需要把通道參數(shù)初始化，例如:Channel1（PIW268）,先通過PQW268把通道設定為設計目標，具體如下：bit15=1表示配置數(shù)據(jù)（初始化），bit5 to bit4=00表示模板為IB IL(15bits)(default)，bit3 to bit0=1010表示信號為4 mA –20mA(2線制)，把16#800A寫入PQW268即可把Channel1設定為4 mA –20mA信號(2線制)，同理可以把Channel2通道設定為設計目標，最后只要把PIW268讀入，然后根據(jù)量程0-30000與4-20 mA（ -20000～20000Pa）對應的關系就可以計算出實測值。
5．應用效果
PHOENIX I/O及Profibus-DP在該項目中的成功應用，控制系統(tǒng)可靠性高，集中工藝風力系統(tǒng)運行穩(wěn)定可靠。 Inline站內I/O模塊能自動建立交叉線、可插拔式I/O連線、外型輕巧、分段電源、側板連接及DIN導軌安裝等特點，為用戶提高了選型效率、節(jié)省了安裝空間和安裝時間，受到眾多用戶的青睞，圖4為現(xiàn)場安裝的Inline子站。
圖4
參考文獻
1 崔堅，李佳.西門子工業(yè)網(wǎng)絡通訊指南[M].北京.機械工業(yè)出版社，2005.
2 德國PHOENIX CONTACT關于INLINE模塊用戶手冊《 User Manual ——Configuring and Installing the PROFIBUS DP/V1 bus coupler for the Inline Product Range》。
作者簡介：張振峰（1973-），學士，南華大學三力高科技開發(fā)公司工程師，主要從事卷煙廠制絲除塵、卷接除塵及風力送絲的自控研究和設計工作。E-mail：zzf029@126.com
