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案例頻道一概述
現(xiàn)場總線（Feildbus）是80年代末90年代初發(fā)展起來的用于過程自動化、制造自動化、樓宇自動化的現(xiàn)場智能設(shè)備通訊網(wǎng)絡(luò)。因其開放性、互操作性、現(xiàn)場設(shè)備智能化、高度分散和環(huán)境的適應(yīng)性等優(yōu)點而成為國際自動化發(fā)展的熱點。Profibus總線是當(dāng)前流行的幾種現(xiàn)場總線的一種，它由三個兼容的部分構(gòu)成，分別為Profibus-DP、Profibus-PA、Profibus-FMS。其中DP是一種高速低成本的通訊，用于設(shè)備級系統(tǒng)和分散IO的通訊。PA是專為過程自動化而設(shè)計，傳感器和執(zhí)行器可聯(lián)在一根總線上并可保證本質(zhì)安全。FMS用于車間級監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，是令牌結(jié)構(gòu)實時多主網(wǎng)絡(luò)。本文結(jié)合筆者剛完成的高檔銅箔生產(chǎn)工藝控制系統(tǒng)，闡述一下Profibus-DP在工業(yè)中的實現(xiàn)。
二工藝簡介
銅箔是印刷電路板的原材料，它的生產(chǎn)工藝一般分為電解溶銅、表面處理和分剪包裝三部分。另外在生產(chǎn)過程中為保證銅箔的質(zhì)量，生產(chǎn)環(huán)境的溫度和濕度也有所要求，故車間還有10萬空調(diào)機組和30萬空調(diào)機組需進行控制。系統(tǒng)整體框圖如圖1。
圖1 輥式連續(xù)電解法生產(chǎn)銅箔的工藝流程
第一步電解溶銅。以電解銅或同等純度的電線返回料為原料,在含有硫酸銅溶液中溶解,在以不溶性材料為陽極、底部浸在硫酸銅電解液中恒速旋的陰極輥為陰極的電解槽中進行電解,溶液中的銅沉積到陰極輥筒的表面形成銅箔,銅箔的厚度由陰極電流密度和陰極輥的轉(zhuǎn)速所控制。待銅箔隨輥筒轉(zhuǎn)出液面后,再連續(xù)地從陰極輥上剝離,經(jīng)水洗、干燥、卷取,生成原箔。
第二步進行的是仍以電化學(xué)反應(yīng)為主體的表面處理工序。該工序分三段進行:第一階段為保持銅及氧化銅組成的枝狀結(jié)晶組織的粗化層。第二階黃銅或鋅做為阻擋層。具有阻擋層的銅箔在生產(chǎn)印刷電路的過程中,才能保證沒有微粒遷移等基板污染現(xiàn)象。第三階段,為了防止搬運、存放或?qū)訅簳r發(fā)生氧化,在銅箔的表面鍍鋅、鎳、錫及其它金屬或合金做為防氧化鍍層。
第三步即分剪包裝。由于分剪包裝部分設(shè)備自帶控制裝置，我們在此不作考慮。這樣整個生產(chǎn)工藝可分為：電解溶銅，表面溶銅，10空調(diào)機組，30萬空調(diào)機組四部分。
三控制系統(tǒng)設(shè)計
系統(tǒng)采用三級監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)。系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)配置圖見圖2。系統(tǒng)最低層是設(shè)備控制層，主要完成生產(chǎn)設(shè)備的現(xiàn)場控制與監(jiān)測。第2層是監(jiān)控層，主要完成整個生產(chǎn)系統(tǒng)的在線監(jiān)控。并向設(shè)備控制層下達控制指令。這兩層都掛在Profibus-DP網(wǎng)絡(luò)上。第3層為廠級管理層。向車間下達的生產(chǎn)任務(wù)。同時可獲取車間的生產(chǎn)數(shù)據(jù)。
圖 2 系統(tǒng)示意圖
3．1現(xiàn)場設(shè)備控制層。
采用西門子的S7300系列PLC，共四套，分別負責(zé)電解溶銅，表面溶銅，10空調(diào)機組，30萬空調(diào)機組的自動控制。其中PLC的CPU選用支持Profibus-DP的315-2DP，這四個站工作在DP-SLAVE模式。每個站配有適當(dāng)數(shù)量的DI/DO，AI/AO以及一塊CP340模塊進行現(xiàn)場的控制，CP340為485通訊模塊，負責(zé)與現(xiàn)場的變頻器組通訊，控制輸送設(shè)備的轉(zhuǎn)速。另外每個站配有一臺Pro-face觸摸屏，通過MPI和PLC通訊，以便將工藝參數(shù)及時反饋給現(xiàn)場操作人員并接受現(xiàn)場操作指令。
3．2監(jiān)控層
監(jiān)控主站采用研華工控機，一用一備。進行畫面組態(tài)和數(shù)據(jù)處理監(jiān)控。主站安裝有支持Profibus-DP的西門子CP5611卡和OPCServer，工作在DP-SERVER模式，CP5611卡負責(zé)與現(xiàn)場PLC進行通訊。監(jiān)控軟件采用組態(tài)王，它通過OPCClient和西門子OPCServer通信，獲取現(xiàn)場數(shù)據(jù)。監(jiān)控軟件主要完成的功能：
（1）檢測點的實時顯示：各種閥，泵的運行狀態(tài)；
（2）各種模擬量的實時顯示打印：通過棒狀圖，趨勢圖實現(xiàn)；
（3）工藝參數(shù)修改打印；
（4）報警及報警記錄功能
（5）歷史數(shù)據(jù)查詢打印；
（6）操作記錄查詢打印；
（7）利用SQL標準數(shù)據(jù)庫與廠級管理系統(tǒng)交換數(shù)據(jù)。
四DP網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)
監(jiān)控主站和現(xiàn)場PLC的程序設(shè)計在此不再贅述，我們主要闡述一下DP網(wǎng)絡(luò)的實現(xiàn)方法。其具體步驟如下。
（1）硬件連接。各站通過雙絞線連接起來。
（2）監(jiān)控主站安裝好CP5611卡，驅(qū)動，Step7，SimaticNet，和組態(tài)王。
（3）利用Step7對現(xiàn)場PLC編寫控制程序。同時對其CPU在硬件組態(tài)時設(shè)好DP網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)。如：地址，通訊速率等。注：地址不能重復(fù)，通訊速率一致。
（4）利用SimaticNet軟件中的Configuration Console在PC Station中，添加OPC Server程序 及CP5611通訊卡。
（5）配置PC Station，利用SimaticNet軟件中的Commissioning Wizard與前面第三步建立的程序建立連接。
（6）設(shè)置下傳，此時作為PC Station的計算機和DP設(shè)備已經(jīng)組態(tài)成了一個完整的DP網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。
（7）利用SimaticNet軟件中的OPC Scout配置OPC Server中需訪問的現(xiàn)場PLC的存儲區(qū)地址。
（8）在組態(tài)王中通過OPC Client即可訪問OPC Server中的數(shù)據(jù)。
五結(jié)束語
該系統(tǒng)目前已經(jīng)投入使用，投產(chǎn)以來運行良好，產(chǎn)品質(zhì)量高，多銷往國外，為廠家?guī)砗芎玫慕?jīng)濟效益。
北京市公安局海淀分局備案號：11010802023656號