1. 項目簡介
卷接集中風(fēng)力平衡系統(tǒng)是一項應(yīng)用于卷煙廠卷煙機(jī)和接咀機(jī)組上的風(fēng)力集中供給和風(fēng)力自動平衡技術(shù)。對于數(shù)臺（套）卷接機(jī)組、拆除單臺設(shè)備原有的高壓風(fēng)機(jī)與除塵裝置，應(yīng)用風(fēng)力平衡調(diào)節(jié)技術(shù)，建立集中工藝風(fēng)力與除塵系統(tǒng)（圖1）來替代卷接機(jī)組原有的單機(jī)風(fēng)力與除塵系統(tǒng)。
該系統(tǒng)具有完善的風(fēng)力供給功能、顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，為保證各卷接機(jī)組連續(xù)、高效、穩(wěn)定運行，系統(tǒng)風(fēng)力穩(wěn)壓控制和卷接機(jī)組風(fēng)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(biāo)。
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(jié)構(gòu)的迅速增長，現(xiàn)場總線的應(yīng)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(jī)起動器和過程調(diào)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(shè)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(shè)備調(diào)試和維修成本減少到最少。標(biāo)準(zhǔn)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(chǎn)的分散I/O裝置和現(xiàn)場設(shè)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(biāo)準(zhǔn)和歐洲過程現(xiàn)場總線系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)（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(biāo)準(zhǔn)的自動化系統(tǒng)和現(xiàn)場設(shè)備數(shù)據(jù)通訊網(wǎng)絡(luò)。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(luò)，只存在一個主站，可以有多個從站（在一個網(wǎng)段內(nèi)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(chǎn)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(yīng)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(shè)計，模塊體積小巧，即插即用，接線采用籠式彈簧連接技術(shù)，接線簡單，可靠，現(xiàn)場條件適應(yīng)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(hù)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(jī)起動器為集成電子式結(jié)構(gòu)，體積小巧，安裝方便。可根據(jù)負(fù)載設(shè)定額定電流值以適應(yīng)不同功率的電機(jī)，可在線監(jiān)控電機(jī)工作電流，具有電機(jī)過載、過壓、過流保護(hù)，通過選配的電機(jī)溫度控制模塊可以實時監(jiān)控電機(jī)的工作溫度，保護(hù)電機(jī)，通過選配的電機(jī)剎車模塊可以實現(xiàn)快速的電機(jī)制動。
Inline系統(tǒng)采用特殊設(shè)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(yīng)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(hù)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(shè)計
青島卷煙廠目標(biāo)設(shè)計總共34臺卷接機(jī)組，分成8個卷接集中工藝風(fēng)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(fēng)力平衡8個；在S7-300上另配置一個通訊模塊CP343-1，與工控機(jī)（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(luò)拓?fù)鋱D見圖2。
圖1
圖2
4．2 硬件組態(tài)及參數(shù)設(shè)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(guān)設(shè)置從站地址，其硬件配置要和STEP7組態(tài)相匹配）。在STEP7中進(jìn)行硬件組態(tài)（Hardware），在菜單Options中選擇Install Gsd files進(jìn)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(yīng)的模塊按順序添加上去就可以了,見圖3。
圖3
2. 參數(shù)設(shè)置：PHOENIX電機(jī)起動器（ELR）是電子式的，與傳統(tǒng)機(jī)械式的主要區(qū)別是可以在線讀取電機(jī)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(jī)額定電流和啟動方式（在程序中把B#16#D7送到相應(yīng)的控制字節(jié)里，表示電機(jī)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(jī)不能運行；電機(jī)需要運行時，在程序中把B#16#40送到相應(yīng)的控制字節(jié)里，如果電機(jī)起動器斷電后，重新上電時，必須重新初始化電機(jī)起動器ELR。當(dāng)饋電器ELR過載或空載的時候，饋電器ELR都會自己保護(hù)，并報故障，此時需要復(fù)位（在程序中把B#16#20送到相應(yīng)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(shè)定為設(shè)計目標(biāo)，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(shè)定為4 mA –20mA信號(2線制)，同理可以把Channel2通道設(shè)定為設(shè)計目標(biāo)，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(yīng)的關(guān)系就可以計算出實測值。
5．應(yīng)用效果
PHOENIX I/O及Profibus-DP在該項目中的成功應(yīng)用，控制系統(tǒng)可靠性高，集中工藝風(fēng)力系統(tǒng)運行穩(wěn)定可靠。 Inline站內(nèi)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(cè)板連接及DIN導(dǎo)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(xiàn)
1 崔堅，李佳.西門子工業(yè)網(wǎng)絡(luò)通訊指南[M].北京.機(jī)械工業(yè)出版社，2005.
2 德國PHOENIX CONTACT關(guān)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(xué)士，南華大學(xué)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(fēng)力送絲的自控研究和設(shè)計工作。E-mail：zzf029@126.com
