范禮峰 金春山

(浙江中煙工業(yè)有限責(zé)任公司,浙江杭州 310024)

西門子PLC在煙草行業(yè)條煙輸送系統(tǒng)的應(yīng)用

范禮峰 金春山

(浙江中煙工業(yè)有限責(zé)任公司,浙江杭州 310024)

本文以杭州卷煙廠條煙輸送系統(tǒng)為例,介紹表面化西門子公司S7-300/400PLC和RPOFINET及相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品構(gòu)成的基于工業(yè)以太網(wǎng)的條煙輸送系統(tǒng)的監(jiān)控系統(tǒng)。

s7-300/400PLC 條煙輸送 監(jiān)控 網(wǎng)絡(luò)通信

1 項目簡介

杭州卷煙廠是全國500家最佳經(jīng)濟(jì)效益最大經(jīng)營規(guī)模工業(yè)企業(yè)之一,也是全國煙草行業(yè)36家重點工業(yè)企業(yè)之一和杭州市重點培育發(fā)展的26家大企業(yè)大集團(tuán)之一。杭州卷煙廠經(jīng)過多年的高速發(fā)展迅速,現(xiàn)在已具備100萬箱以上的的生產(chǎn)能力。為了保證產(chǎn)出的產(chǎn)品快速輸送到成品倉庫,投資建設(shè)了歐峰公司的S型條煙輸送系統(tǒng)。此系統(tǒng)采用西門子S7-300PLC對設(shè)備進(jìn)行控制,采用WINCC組態(tài)軟件對系統(tǒng)進(jìn)行實時監(jiān)控,采用工業(yè)光纖環(huán)網(wǎng)實現(xiàn)對系統(tǒng)所有PLC聯(lián)網(wǎng),保障系統(tǒng)控制信號與數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)的快速傳輸和精確控制。自該系統(tǒng)投入使用以來,已經(jīng)為杭州卷煙廠帶來了良好的經(jīng)濟(jì)效益。

圖1

2 項目技術(shù)要求及硬件選型

2.1 技術(shù)要求

本系統(tǒng)需把卷煙包裝機(jī)出口的條煙垂直提升,條煙經(jīng)S型提升機(jī)提升,并自動將平放的條煙轉(zhuǎn)換成豎立輸送狀態(tài)送入高架輸送線,保持條煙豎立輸送狀態(tài)向裝封箱機(jī)方向平穩(wěn)輸送。對接中速卷包機(jī)組的提升機(jī),在輸送線停止運行的情況下,為了保證卷煙包裝機(jī)的生產(chǎn)運行不受影響,在條煙提升機(jī)上設(shè)置有條煙應(yīng)急出口裝置,便于手工處理條煙及對條煙進(jìn)行手工裝箱。該裝置在平常不使用時,可以折疊收起,不占用空間體積。提升機(jī)鏈帶適應(yīng)卷煙包裝機(jī)的出煙同步要求,根據(jù)包裝機(jī)出口處條盒情況自動同步運行。在正常生產(chǎn)條件下額定提升速度可達(dá)到每分鐘100條,通過變頻調(diào)速,在10～120條/分鐘可調(diào)。在包裝機(jī)停機(jī),提升機(jī)離線單獨運行時,提升速度自動降為額定速度60條/分,設(shè)置相應(yīng)選擇按鈕。

2.2 硬件選型

根據(jù)項目的技術(shù)要求,選用西門子系統(tǒng)列品實現(xiàn)對條煙輸送系統(tǒng)的主控系統(tǒng),經(jīng)過對比分析,所選的硬件如表1所示。

表1

圖2

圖3

條煙輸送系統(tǒng)具有分布分散、集中管理、傳輸距離較長,且數(shù)據(jù)實時性要求較高等特點,基于以上的特點,本項目選用PROFINET工業(yè)以太網(wǎng)。條煙輸送系統(tǒng)的控制網(wǎng)絡(luò)如圖1所示。

PROFINET工業(yè)以太網(wǎng)是新一代基于工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)的自動化總線標(biāo)準(zhǔn)。作為一項戰(zhàn)略性的技術(shù)創(chuàng)新,PROFINET為自動化通信領(lǐng)域提供了一個完整的網(wǎng)絡(luò)解決方案,囊括了諸如實時以太網(wǎng)、運動控制、分布式自動化、故障安全以及網(wǎng)絡(luò)安全等當(dāng)前自動化領(lǐng)域的熱點話題,并且,作為跨供應(yīng)商的技術(shù),可以完全兼容工業(yè)以太網(wǎng)和現(xiàn)有的現(xiàn)場總線(如PROFIBUS)技術(shù),保護(hù)現(xiàn)有投資。根據(jù)響應(yīng)時間的不同,PROFINET支持如下三種通訊方式：

(1)PROFINET基于工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù),使用TCP/IP標(biāo)準(zhǔn)訊。(2)實時(RT)通訊：對于傳感器和執(zhí)行器設(shè)備之間的數(shù)據(jù)交換,系統(tǒng)對響應(yīng)時間的要求更為嚴(yán)格,PROFINET提供了一個優(yōu)化的、基于以太網(wǎng)第二層的實時通訊通道,PROFINET實時通訊的典型響應(yīng)時間是5-10ms。(3)同步實時(IRT)通訊：在現(xiàn)場級通訊中,對通訊實時性要求最高的是運動控制(Motion Control),PROFINET的同步實時(Isochronous Real-Time, IRT)技術(shù)可以滿足運動控制的高速通訊需求,在100個節(jié)點下,其響應(yīng)時間要小于1ms,抖動誤差要小于1μs,以此來保證及時的、確定的響應(yīng)。

3 控制系統(tǒng)功能

根據(jù)工藝要求,系統(tǒng)完成數(shù)據(jù)采集、提升機(jī)、輸送帶、收集機(jī)等設(shè)備的各種控制功能,現(xiàn)重點介紹其中的幾個主要功能。

圖4

(1)基于PROFINET的高效工業(yè)以太網(wǎng),PLC系統(tǒng)的高性能快速I/O驅(qū)動直接與外設(shè)通信,對條輸系統(tǒng)的輸送數(shù)據(jù)、各電機(jī)的工作頻率、輸送帶速率等重要數(shù)據(jù)實時采集,并匯總在上位機(jī)畫面上,以流程圖、圖表的形式顯示,實現(xiàn)對整個系統(tǒng)運行狀態(tài)的實時監(jiān)控。(2)提升機(jī)是條煙輸送系統(tǒng)的核心設(shè)備,在正常生產(chǎn)條件下額定提升速度可達(dá)到每分鐘100條,通過變頻調(diào)速器,在10～120條/分鐘可調(diào)。在包裝機(jī)停機(jī),提升機(jī)離線單獨運行時,提升速度自動降為額定速度60條/分,設(shè)置相應(yīng)選擇按鈕。(3)輸送帶控制與提升機(jī)的聯(lián)動控制,當(dāng)輸送帶或者末端的收集機(jī)停機(jī)工作時,PLC系統(tǒng)自動控制與該輸送帶匯集的提升機(jī)自動停止工作,避免產(chǎn)品因為輸送系統(tǒng)停機(jī)導(dǎo)致產(chǎn)品被擠壓破壞。(4)自動按班次歸集輸送的產(chǎn)品計數(shù),每臺提升機(jī)上安裝一枚圖爾克的傳感器,用于對輸送的產(chǎn)品進(jìn)行計數(shù)。生產(chǎn)班次時間在各控制柜的主PLC中設(shè)置,PLC程序自動判斷是否到班次結(jié)束時間,如果是,則將各提升機(jī)的PLC的班次計數(shù)采集到主PLC中,并對各提升機(jī)PLC下達(dá)數(shù)據(jù)清零指令,提升機(jī)PLC對各存儲區(qū)域置零。同時主PLC將采集的班次計數(shù)歸集到歷史數(shù)據(jù)存儲區(qū)域。

條煙輸送系統(tǒng)PLC的主體控制流程如圖2所示。

PLC首先判斷輸送系統(tǒng)啟動,則控制輸送線運行;再控制收集機(jī)滑道,如果滑道堵塞,則由PLC控制停止輸送線,不允許輸送產(chǎn)品;當(dāng)滑道堵塞消除后,則控制輸送帶運行。同時PLC監(jiān)控提升機(jī)是否在運行,同時監(jiān)控輸送帶是否延時,滿足條件下,PLC控制提升運動,當(dāng)有產(chǎn)品時,將產(chǎn)品提升至輸送帶。再者PLC控制監(jiān)控輸送帶是否有故障。當(dāng)故障發(fā)生時,PLC控制該輸送帶停止運動,同時,停機(jī)與此輸送帶連接的提升機(jī),并控制每個提升機(jī)發(fā)出光聲報警。當(dāng)故障消除時,啟動輸送帶和提升機(jī),恢復(fù)正常的提升和輸送功能。如圖3、圖4所示。

上位機(jī)采用WINCC v7實現(xiàn)對條輸系統(tǒng)的實時監(jiān)控,通過監(jiān)控能夠?qū)崟r反饋條輸系統(tǒng)的所有設(shè)備的當(dāng)前運行狀態(tài)、停止原因、輸送數(shù)量、各電機(jī)的各種參數(shù)等數(shù)據(jù)。

4 項目運行

本系系統(tǒng)自2011年8月投入運行以來,運行穩(wěn)定、可靠,設(shè)備無故障運行時間有了較在的提高。完善的參數(shù)檢測與采集和直觀豐富的人機(jī)界面,為生產(chǎn)監(jiān)控和設(shè)備養(yǎng)護(hù)提供了極大的方便,減輕了設(shè)備保養(yǎng)人員的勞動強(qiáng)度,提高了企業(yè)的管理效率和綜合水平。

5 應(yīng)用體會

通過對條煙輸送系統(tǒng)控制系統(tǒng)的學(xué)習(xí),進(jìn)一步加深了對西門子公司工業(yè)自動化系統(tǒng)的原理的了解、總結(jié)了許多SIMAITC產(chǎn)品的應(yīng)用心得。

(1)多種CPU的選用;本次設(shè)計選型采用CPU315-2PN/DP、S7-300 SM321 16DI、S7-300 SM322 16DO、S7 414-3 2PN/DP CPU、S7-400 SM421 32DI、S7-400 SM422 32DO等多種型的PLC CPU,深入理解了各型CPU的特點與性能,歸納出了不同場合選擇CPU的一些方法。并充分利用各種型號PLC的特性解決實際的系統(tǒng)需求,滿足設(shè)計工藝的要求。(2)PROFINET的選用;本次項目的設(shè)計選型的一大特點是選用了RPOFINET。充分理解了RPOFINET是適用于不同需求的完整解決方案。其功能包括8個主要的模塊,依次為實時通信、分布式現(xiàn)場設(shè)備、運動控制、分布式自動化、網(wǎng)絡(luò)安裝、IT標(biāo)準(zhǔn)和信息安全、故障安全和過程自動化。PROFINET提供了一個優(yōu)化的、基于以太網(wǎng)第二層(Layer 2)的實時通訊通道,通過該實時通道,極大地減少了數(shù)據(jù)在通訊棧中的處理時間。有效的解決了系統(tǒng)延遲帶到的系統(tǒng)不穩(wěn)定的問題。(3)西門子公司提供了許多系統(tǒng)塊,數(shù)據(jù)塊以及大量的特殊功能模塊,采用結(jié)構(gòu)化程序模式,并具有多種診斷功能,減少了用戶的編程量和調(diào)試任務(wù)。

[1]SIMATIC S7-300/400語句表編程參考手冊.西門子(中國)有限公司自動化驅(qū)動集團(tuán).

[2]崔堅,李佳.西門子工業(yè)網(wǎng)絡(luò)通信指南下冊.北京：機(jī)械工業(yè)出版社.