摘 要：文章根据条烟输送工艺的要求，提出一种基于采用西门子ProfiNET现场总线技术的控制系统，并详细介绍ProfiNET网络的硬件配置、系统功能和软件设计。解决传统设计中存在的问题，增强了网络的抗干扰能力，提高了设备的可靠性和自动化水平。
关键词：ProfiNET；IO控制器；IO设备Profibus-DP；主站；从站；监控
1 引言
条烟输送系统是用于完成卷包车间各包装机所生产的条烟由包装机出口至装封箱机入口段的烟条自动提升、输送和收集任务。
在以往的设计中，各台设备互相独立，设备间的数据交换只能采用联控线，增加了硬件成本，并且信息量很有限。最近几年采用Profibus-DP总线方式控制，网速最快只能达到12M，而且网络抗干扰能力差。如果采用ProfiNET总线控制，数据传输速率能达到100M，如果是光纤网络能达到1000M，而且抗干扰能力相当强，数据的交换相当方便和可靠。各提升机、下滑道及条储存、动力头分散I/O是系统网络内的IO设备，相当于Profibus-DP总线里的从站。该条烟输送线有一个IO控制器，相当于Profibus-DP总线里的主站。该控制系统还预留一块以太网模块和车间管理部门通信。
为了实时监控现场设备的运行状况，并且能够设置参数和切换功能，采用西门子多功能触摸屏MP377作为人机界面。可以在浏览该线工艺流程的同时监控各设备子站点的生产运行状况和故障信息，还能统计每个机台的实时产量和查询历史产量。
2 控制范围
条烟输送系统内包含有几种不同的机械设备。烟条包装机出口依次设置的是S型条烟提升机、条烟输送机、下滑道、条储存直到装封箱机入口。
条烟输送的电气控制系统内，所包含的控制设备站点有提升机站点；下滑道与条储存组成的站点；条烟输送动力头与其相邻离合器组成的站点；辊子输送机站点；丹佛斯变频器站点；上位人机界面站点；及系统主控制器。
3 网络图
ProfiNET总线的形式有总线型、星型、树型、环型和混合型，通常为了减少站点间的相互影响，一般采用星型和总线型混合的组网方式。为了直观的了解整个系统的网络分布和交换机的端口走向，采用网络图把交换机和各站点的关系表示出来，在实际施工时要做到实际的网络分布要和网络规划图的一致，否则会给网络维护造成不便。以下以南宁卷烟厂条烟输送系统为例。
4 各站点工艺说明
4.1 S型条烟提升机
S型条烟提升机是整个条烟输送系统工作流程的起点，它与包装机出口对接，将包装机出口的条烟自动提升到条烟输送线上，每台提升机电机配有变频器，提升速度可调。
4.2 下滑道及条储存
下滑道是将条烟输送线上的条烟根据牌号的不同自动分类汇集，将条烟送入横向收集机，把条烟的纵向输送变为横向输送。采用选道气缸选择进入该台下滑道的条烟通道，当选中通道时电磁阀得电气缸伸出，导杆把条烟截留住从立条变为平条输送并进入滑道送入横向收集机，没有选中的通道气缸不动作条烟被送入后续的下滑道处理。条储存则是用于当装封箱机出现问题的时候进行烟条临时储存工作，当装封箱机正常后，其又自动完成机身内储存的烟条自动排放的工作。下滑道与条储存共用一个S7 300控制器进行控制，与主站的信息通过总线进行交流。
4.3 条烟输送动力头
条烟输送动力头是拖动条烟通道的动力装置，每个动力头有1台电机，每个通道有1个离合器，电机运行时要离合器吸合和链板才会运转。当该通道发生堵塞和所对应的下滑道停止时只要脱开离合器该道立即停止，而电机继续运转保证其他通道的正常运转。每个动力头都有自动润滑装置，可以手动对通道进行润滑，也可以设为自动润滑。
5 硬件设计
条烟输送电控系统采用ProfiNET分布式总线结构。将从包装机出口直至封箱机入口的所有设备，组合为一个分布式网络，实现整个条烟输送系统的自动控制、数据采集、产量显示及远程诊断等功能。条烟输送电控系统使用西门子公司S7-317-2PN/DP 做为主控制器，具有功能强大的处理器和交换机功能。交换机采用西门子SCALANCE X200系列网管型，该交换机应用非常广泛，用在设备级的现场实时性非常高。
S型提升机和下滑道条储存站点都是采用S7-300PLC和CP343-1网卡和主站组成 ProfiNET网络，由于自带PLC，具有很强的独立性，在调试时非常方便。条烟输送各动力头子站箱控制的点位较少，因此采用ET200S 远程I/O模块，具备ProfiNET接口，但是不带CPU功能，程序由主站完成，是一种非常经济的控制模式。
综上所述，整个系统的控制核心采用S7-317 PLC做为主控制器，MP377触摸屏作为系统上位监控设备，各站点通过ProfiNET接口和主站通讯。
6 软件设计
6.1 主控制器PLC程序设计
6.1.1 主控制器硬件组态
首先在主控制器中组态，通过向导新建一个文件，然后双击Hardware，打开硬件组态窗口，选择CPU317-2PN/DP模块，并配置成控制器，再组态带CPU的提升机和下滑道站点，然后再在他们之间做连接，设置IP地址和设备名称。然后再组态带PN接口的IM151-3模块，设置IP地址和设备名称。
6.1.2 主控制器程序设计
采用STEP7 V5.5编程软件进行编程，采用模块化结构编程，整个条烟输送系统主站的的控制程序有OB组织块、FC功能块和DB数据块构成。组织块OB是系统操作程序与用户应用程序在各种条件下的接口界面，用于控制程序的运行。不同的OB有不同的功能。OB1是主程序，主要完成系统初始化、初始参数设定、调用子程序。FC是自定义子程序块，包括不同的功能或者某台设备的控制。
6.2 IO设备程序设计
6.2.1 硬件组态
采用S7-300 CPU314控制，通过CP343-1通讯模块和控制器进行通讯，在硬件组态窗口点击CP343-1的属性选择该站作为IO设备，并且输入IP地址和设备名称。然后在OB1程序中调用标准程序FC11（PNIO_SEND）和FC12（PNIO_RECV）实现控制器CPU与CP343-1模块之间的数据交换。
6.3 MP377触摸屏的组态
采用Wincc Flexible 组态软件进行组态，在主画面上实时监控整条系统中各个设备的状态（运行、停止、故障），使操作员很直观地了解系统的工作状态。组态电机和离合器的手动操作，实时显示每个通道的烟条产量，能查询历史产量，能实现自动交班和手动交班。
7 结束语
在对条烟输送系统进行电控设计过程中，利用PLC通过ProfiNET现场总线，构建高性能的工业现场局域网，实现对条烟输送的网络化监控，提高了网络的实时性，增强了系统的准确性与可靠性，为卷烟厂实现现代化生产和管理提供了可靠保证。
