PROFIBUS FCS 及工業Ethernet在料香配送系統中的應用

前言

　　在煙草行業中，卷煙的質量及品質主要由不同品質煙葉摻兌比例及所施加的料液及表香來決定。其中料香生產中的高精度配制、高效安全的生產過程以及信息化的監控、調度管理至關重要。采用PROFIBUS FCS（Fieldbus Control System 現場總線控制系統）結合工業以太網連接的可編程邏輯控制器以及運行于工業控制計算機之上的組態軟件構建三層管控一體化網絡做為料香配送生產線的控制系統，是現代煙草行業先進控制方式的趨勢和方向。基于以上方式的系統已經在國內某大型煙草企業投入使用，取得良好效果。

1 料香配送系統工藝結構

　　料香配送系統工藝結構如圖1所示。由圖可見，料香配送系統由兩大部分組成：配料系統和儲存系統。配料系統接收廠級網調度系統發給的當天配料液（后簡稱料）、表香（后簡稱香）的牌號和產量，操作人員啟動控制系統進行自動生產，并將配制好的料香送至儲存區。儲存系統接收來自配料系統的信號安裝配方號儲存配制好的料香，每送完一次清洗一次管路。同時接收制絲線加料、加香（總稱加料）系統的命令完成輸送料香、回收余料和清洗管路等動作。儲存區的公共系統提供整個配送系統所需的壓縮空氣、工藝熱水和用于香料生產的溶劑。考慮到生產的保密性，配料區和儲存區建筑上隔離，通過工藝管路連接。儲存區按可以無人職守設計，儲存系統的總電源可以由配料區和制絲線遠程開啟。

2 基于FCS和工業以太網的控制系統結構

　　2.1 FCS簡介

　　FCS是繼基地式氣動儀表控制系統、電動單元組合式模擬儀表控制系統、集中式數字控制系統、集散控制系統（DCS）后的新一代控制系統。它的出現對現有的自動化儀表、集散控制系統（DCS）和可編程控制器（PLC）在體系和結構功能上產生了重大的變革。具有高度開放性、互可操作性與互用性、現場設備的智能化與功能自治性、系統結構的高度分散性、現場環境的適應性等特點。使用基于FCS的管控系統可以節省硬件數量與投資、節省安裝費用、節省維護開銷、用戶具有高度的系統集成主動權、提高了系統的準確性與可靠性。

　　FCS從網絡概念上說，還是一個低帶寬的底層控制網絡。它可與因特網（Internet）、企業內部網（Intranet）相連，且位于生產控制和網絡結構的底層，因而又稱之為底層網Infranet。它作為網絡系統最顯著的特征是具有開放統一的通信協議。由于現場總線肩負著生產運行一線測量控制的特殊任務，它要求信息傳輸的實時性強，可靠性高，且多為短幀傳送，傳輸速率一般在幾kbps至十幾Mbps之間。本系統采用的PROFIBUS FCS即是其中一種，目前已在國內外工業自動化控制等領域廣泛使用。

　　2.2 PROFIBUS 現場總線介紹

　　PROFIBUS現場總線技術是德國國家科學技術部于1986年牽頭組織開發，1990年完成國家工業現場總線協議標準——PROFIBUS現場總線標準的制定。根據應用特點分為PROFIBUS-DP，PROFIBUS-FMS，PROFIBUS-PA三個兼容版本。其中PROFIBUS-DP是一種經過優化的高速通信連接，專為自動控制系統和設備分散I/O之間通信設計，用于分布式控制系統的高速數據傳輸，其傳輸速率可達12Mbps，一般構成單主站系統;PROFIBUS-FMS主要解決車間級通用性通信任務，提供大量的通信服務，完成中等速度的循環和非循環通信任務，用于傳感器和執行器、可編程邏輯控制器、低壓開關設備等一般自動化控制;PROFIBUS-PA專為過程自動化設計，提供標準的本質安全傳輸技術，用于對安全性要求較高的場合及有總線供電的站點。FMS和DP一般可混合使用。

　　PROFIBUS提供以下三種數據傳輸類型：DP和FMS的RS485傳輸、PA的IEC1158-2傳輸和光纖（FO）。