PROFINET通訊系統在一次法煉膠生產線的應用

孫長春，初敏霞

（大連橡膠塑料機械有限公司，遼寧 大連 116033）

PROFINET通訊系統在一次法煉膠生產線的應用

孫長春，初敏霞

（大連橡膠塑料機械有限公司，遼寧 大連 116033）

主要介紹PROFINET通訊在一次法生產線上的應用及其特點。論述了一次法生產線的控制系統在采用了西門子PROFINET通訊后的先進性和現場應用情況等。

一次法生產線；PROFINET通訊；配方數據；密煉；開煉；膠料

一次法生產線是目前世界上較先進的膠料混煉技術，其開煉機操作實現了無人化，通過自動控制的翻膠和倒膠裝置實現膠料的自動化穩定生產，由于整條生產線都聯網通訊，故障診斷完全數字化，全部診斷信息完全可以在觸摸屏上查閱，極大方便了用戶的安裝、調試、故障排除以及維護保養，為用戶節省了人力的投資、節省了安裝費用，尤其大大縮短故障排除時間，從而為用戶挽回因此造成的經濟損失。隨著自動化控制技術的迅猛發展，許多先進的網絡通訊技術被廣泛應用，減少停機率、降低維護成本等已成為輪胎加工行業中提高競爭力的幾大重要原因。

1 一次法生產線的應用

一次法生產線采用1臺密煉機、1臺初級開煉機、多臺并行次級開煉機的煉膠工藝，膠料經過密煉排膠后進入初級開煉機，經過初級開煉機的冷卻、添加硫化助劑母膠，然后進入膠料分流輸送系統中，并按時序分派到周圍的多臺次級開煉機上進行進一步煉膠，次級開煉機每臺的煉膠時間可以是密煉時間的4倍，從而保證煉膠均勻的效果，次級開煉機排膠后，通過膠料收集系統，進入膠料合流輸送系統，然后經過膠片冷卻系統冷卻、出片，從而完成整個煉膠過程（見圖1）。此工藝方法可以減少廠房占地，減少設備占用面積，減少用工人數，大幅度提高煉膠質量和煉膠產能，從而實現煉膠的高質量、高效率、節能低碳、低成本的目的。

2 控制系統構成

本生產線采用西門子S7-300系列CPU 317-2 PN/DP，其內置2個PROFINET接口，通過交換機X208與遠程I/O從站、附屬變頻器、觸摸屏及主傳動系統進行以太網通訊；通過擴展的以太網通訊模塊CP343-1與密煉機、膠片冷卻、膠料運輸系統以及上輔機工控機進行以太網通訊。

本系統構成如下：

（1） 初級開煉機1臺：設置一現場操作臺，能進行手自動操作，操作臺上配置觸摸屏，通過配方設定畫面可進行聯網或離線的工藝參數監控及修改，通過不同的監控畫面能對系統中所有設備的工作狀態進行在線監視、故障查詢，操作臺上方還配置視頻監控系統。

（2） 次級開煉機4臺：設置一現場操作箱，能進行手自動操作，操作箱上配置觸摸屏，通過配方設定畫面可進行聯網或離線的工藝參數監控及修改，通過不同的監控畫面能對本機工作狀態進行在線監視、故障查詢。

圖1 一次法布置圖

（3） 壓片用開煉機1臺：將膠料快速壓片并輸送至膠片冷卻。

（4） 膠料運輸系統完成煉膠過程的自動輸送及各開煉機任務分配管理， 工藝參數的設置保存，生產數據的保存及自動報表輸出。輸送系統全部采用變頻驅動，并與開煉機排膠進行速度的同步控制，各設備間采用以太網進行實時數據交換及聯動控制。

（5） 上位機為本系統提供配方數據、工藝配方數據、本系統需要的相關運行狀況信息，配方實時數據由本系統提供給上輔機。開煉機能根據工藝參數進行在線自動調速、自動調距、溫度控制等。

2.1 PROFINET通訊的優勢

以太網通訊具有以下重要優點：

（1）由于其連接方法是采用通用性比較強的RJ45接口，可實現快速調試。

（2）由于在必要時可通過交換技術獲得較強的擴展性能，以太網的通訊性能幾乎不受限制。

實現不同應用領域的互聯互通，例如辦公環境與生產環境。

（3）可通過WAN（廣域網），如ISDN或因特網進行連接，實現公司級通訊。

（4）PROFINET是開放、創新的工業以太網標準，能滿足工業自動化的全部要求，實現集成式全公司范圍通訊。

PROFINET用于直接連接分布式現場設備到工業以太網，以及以同步模式用于運動控制解決方案。借助可實現縱向集成和故障安全型應用的組件技術。

PROFINET還能實現分布式自動化系統。

PROFINET也支持控制器至控制器的通訊。

2.2 PROFINET通訊方式的應用

本控制系統采用西門子S7-300系列可編程控制器。CPU選用317-2 PN/DP，其本體集成了2個PROFINET接口，放置于初級開煉機的控制柜內。由于煉膠工藝的要求，初級開煉機位于密煉機下方，屬于一次法的前端工序，所以不能停機；而4臺次級開煉機是并排放置，其中任意一臺可隨時停機或斷電，但不能影響整條一次法生產線的運行，所以在網絡組態時就設計了如下方案：初級開煉機的CPU、I/O從站、觸摸屏、附屬變頻器及主傳動，采用串聯的方式接入交換機X208中，其他4臺次級開煉機也采用相同的方式接入交換機中。這樣5臺設備就以并聯的方式接入同1個交換機，共同使用1個CPU。

通過擴展的以太網通訊模塊CP343-1與密煉機、膠片冷卻、膠料運輸系統以及上輔機工控機進行以太網通訊。主要實現與密煉機 、膠片冷卻、膠料運輸系統的信號聯鎖功能，實時采集上輔機給出的配方數據，及時下傳給每一臺開煉機，并將每臺開煉機的實時數據、報警信息等快速、準確的傳送給上輔機。

系統組態見圖2。

圖2 系統組態

3 控制系統的先進性

（1）此條一次法生產線的5臺開煉機采用1個CPU控制，降低了電氣采購成本，采用PROFINET通訊方式，所有的設備都采用此通訊方式，真正做到了一網到底，同時也增強了設備自動化的穩定性。

（2）開煉機觸摸屏具有配方的下載和修改功能，通過以太網從上輔機獲取配方數據并進行自動控制，同時每臺開煉機觸摸屏也可以存儲配方數據，避免因上輔機故障而導致設備無法高效的生產。在上輔機異常情況下，可以經由人機界面設定、監控、存儲常用工藝配方參數。在人機界面上輸入配方作業條件時，必須先輸入密碼，才能進入設定畫面，按照配方作業條件進行設定，確認后方可啟動自動作業，確保混煉生產過程的保密性。配方設定見圖3。

圖3 配方設定

（3） 數據管理

a.控制系統能以報表形式對各類數據進行管理,這些報表均可在上位機上查閱或在打印機上打印出來。

b.開煉機上作業情況記錄:

每一車在開煉機上實際作業時間、實際速度、溫控水溫度等質量記錄自動采集，形成報表。

每一車在開煉機上實際作業機臺、每一步的輥距值、輥速度、總作業時間、溫控水溫度、藥品投放等質量記錄自動采集，形成報表。

c.藥品作業情況記錄:

藥品投放時每一個藥品確認結果、投入時間、投入數量、操作工工號等等質量記錄自動采集，形成報表。

班運行記錄報表:某月、某日、某班共運行了哪些配方，各配方的運行次數及起止時間。配方報表:某種配方的名稱、編號、內容。

報警記錄:某月、某日、某班故障發生的時間、位置等數據。

物料統計:某月、某日、某班的物料消耗情況。

4 結束語

一次法生產線控制系統采用的PROFINET通訊方式，將企業級網絡、控制級網絡、設備級網絡完全融合在一起：將一個控制器連接至多個不同的設備，同時降低配線成本并增加額外的功能，增強了系統設計和配置的靈活性；建立了復雜分散式的I/O系統，為不同過程間的線路互鎖和同步提高了高性能、抗故障、可確定的通訊；增強了工廠中各部門之間的信息傳輸，讓用戶在辦公室中就可以看見設備現場的運行狀態。

[1] 工業通訊.2011.

Application of PROFINET communication system in one stage production line

Application of PROFINET communication system in one stage production line

Sun Changchun,Chu Minxia
(Dalian Rubber Plastic Machinery Co., LTD., Dalian 116033, Liaoning, China)

This paper mainly introduces the application and characteristics of PROFINET communication in one stage production line .And introduces advanced nature and application of one stage production line after adopted SIEMENS PROFINET communication.

one stage production line; PROFINET communication; mixing; mill; rubber mass

TQ330.493

1009-797X(2016)19-0057-03

B

10.13520/j.cnki.rpte.2016.19.010

（R-01）

孫長春（1975-）， 男，1998年畢業于遼寧工學院工業電氣自動化專業，學士學位，副高級工程師，主要從事密煉機、擠出壓片機和開煉機的電氣設計及調試工作。

2016-08-16