基于INTERBUS總線(xiàn)的GD包裝機控制系統設計

一、緒言
　　目前，我國煙廠(chǎng)的包裝機很多是GD公司生產(chǎn)的X1/X2型包裝機。由于該機型是早期90年代初引進(jìn)的，其電控系統為FZ控制系統,主要采用邏輯線(xiàn)路板作為其主控設備,隨著(zhù)設備的長(cháng)期運行,邏輯電路控制方式的缺點(diǎn)就逐漸顯露出來(lái)了。主要體現在以下幾個(gè)方面：

1）故障率高；
2）維護困難；
3）機臺操作工故障定位困難；
4）實(shí)現網(wǎng)絡(luò )數據采集功能困難；
5）原機采用的軟、硬件都是GD公司生產(chǎn)的，通用性差，而且GD公司已通知以后不再提供老式FZ電控系統備件，因此給今后的維修將帶來(lái)很大的困難。

由于以上這些種種問(wèn)題，很有必要對該控制系統進(jìn)行技術(shù)改造。改造后的控制系統除應保證原機正常生產(chǎn)功能外，系統還必須具有先進(jìn)性，符合現代煙機控制系統發(fā)展的潮流，能夠提供直觀(guān)人機界面，具有計算機網(wǎng)絡(luò )接口，能進(jìn)行單機數采等。

二、改造方案
針對上述的問(wèn)題和要求，我們設計了以德國SIEMENS S7—400 PLC 為核心，采用INTERBUS現場(chǎng)總線(xiàn)的一套全新的PLC控制系統，以取代原GDX1包裝機所用的全部電路板。改造后的系統主要由PLC控制系統、INTERBUS總線(xiàn)和上位工控機組成。

隨著(zhù)計算機和通訊技術(shù)的不斷發(fā)展，串聯(lián)數據傳輸技術(shù)也漸漸地進(jìn)入了工業(yè)自動(dòng)化控制系統。這種傳輸技術(shù)可以將現場(chǎng)信號通過(guò)幾根導線(xiàn)互相串接起來(lái)進(jìn)行通訊。 因為這種串聯(lián)數據傳輸被廣泛地應用于變送器/執行器等現場(chǎng)設備上，所以這種方法又被稱(chēng)為現場(chǎng)總線(xiàn)系統。這樣僅需一根電纜便取代成千上百的輸入 /輸出線(xiàn)，大大減少了現場(chǎng)布線(xiàn)的復雜性，減少網(wǎng)絡(luò )的硬件設備，降低了成本。INTERBUS總線(xiàn)是Phoenix Contact公司推出的現場(chǎng)總線(xiàn)產(chǎn)品，是一種經(jīng)濟、簡(jiǎn)單、開(kāi)放的傳感器執行器總線(xiàn)。主要用于生產(chǎn)現場(chǎng)設備與PLC控制系統之間的互聯(lián)，構建具有較高實(shí)時(shí)性要求的工業(yè)現場(chǎng)控制網(wǎng)絡(luò ) ，具有快速傳輸簡(jiǎn)單輸入輸出數據的能力。它具有以下幾方面的優(yōu)點(diǎn)：

1）INTERBUS總線(xiàn)采用了集總幀型的數據環(huán)通訊，這種通訊保證了數據傳輸嚴格的同步性和周期性；
2）全雙工的通訊方式和500K的一致速率保證了數據通訊的實(shí)時(shí)性；差分信號傳輸和專(zhuān)門(mén)的總線(xiàn)環(huán)路檢查保證了強大的抗干擾性和設備實(shí)時(shí)監控；
3）INTERBUS網(wǎng)絡(luò )傳輸媒介可以混合使用，不論光纜、光導、紅外均可按要求而定；
4）INTERBUS總線(xiàn)系統調試方便，即插即用，安裝方便，不用終端電阻，調試時(shí)間短，不會(huì )地址重疊；
5）INTERBUS發(fā)生故障時(shí)能正確告訴操作人員錯誤位置、類(lèi)型、解決方法、診斷功能極強。另外，INTERBUS特別適合數據塊小，但傳輸次數較頻繁的場(chǎng)合，因此很適合與GD包裝機的改造場(chǎng)合。

　　系統組成框圖

總線(xiàn)適配控制器是INTERBUS總線(xiàn)系統與PLC控制系統通信的核心，也是INTERBUS總線(xiàn)系統與PLC之間的橋梁，它的性能的優(yōu)劣對于整個(gè)控制系統都有很大的影響。本系統的PLC控制系統采用的是西門(mén)子公司的S7-400 PLC，所以選擇菲尼克斯電氣公司專(zhuān)門(mén)為西門(mén)子 S7-400 控制系統生產(chǎn)的第四代總線(xiàn)適配控制器IBS S7 400 DSC/I-T（Dir mode）。該控制器與PLC系統間采用直接I/O模式通信。所謂直接模式，是指INTERBUS系統的輸入和輸出數據被直接拷貝到PLC的輸入和輸出地址區。使用上，IBS S7 400 DSC/I-T 被看作S7-400控制系統的一塊S5模塊。作為第四代標準診斷控制器（DSC），IBS S7 400 DSC/I-T不僅與西門(mén)子的 S7-400 PLC完全兼容。

改造后的系統主要由PLC控制系統、INTERBUS總線(xiàn)和上位工控機組成。PLC主要完成包裝機組中各個(gè)設備的邏輯控制及溫度控制，上位工控機完成故障顯示、速度顯示、溫度設定值的設定和實(shí)際值的顯示、參數修改、產(chǎn)量和材料消耗統計及歷史數據保存等功能。PLC通過(guò)MPI通訊協(xié)議與上位工控機進(jìn)行數據交換，上位工控機再通過(guò)CAN總線(xiàn)或以太網(wǎng)將各種機臺數據送到廠(chǎng)級MIS系統?？刂破髋c現場(chǎng)設備之間通過(guò)INTERBUS總線(xiàn)連接。

由圖1可以看到，各種傳感器和操作按鈕等檢測、控制信號一部分經(jīng)INTERBUS I/O 模塊組輸入PLC，一部分送至PLC直接驅動(dòng)執行機構，以減少中間環(huán)節，提高系統的可靠性。繼電器、斷路器等低壓電器安裝在主動(dòng)電柜中。而原機13個(gè)溫控器全部取消，由PLC模塊直接進(jìn)行PID模糊控制，在工控機屏幕上可以進(jìn)行各溫度點(diǎn)的溫度設定和溫度顯示。

控制系統的總線(xiàn)組態(tài)軟件選用菲尼克斯電氣公司的第四代INTERBUS系統組態(tài)軟件IBS CMD G4 4.51。IBS CMD G4是與 PLC控制系統相互獨立的組態(tài)軟件。該軟件可以使用戶(hù)以可視化方式交互配置、操作、診斷INTERBUS網(wǎng)絡(luò )中所有的連接設備，設定INTERBUS總線(xiàn)設備與PLC控制系統通信的內存區域。通過(guò)對總線(xiàn)適配控制器進(jìn)行配置，設置了標準寄存器和地址區，寄存器最終被映射到PLC的輸入和輸出區。標準寄存器包括兩個(gè)診斷寄存器和三個(gè)標準功能寄存器，診斷寄存器包括診斷狀態(tài)寄存器（輸入字）和診斷參數寄存器（輸入字）。
PLC控制軟件編程采用STEP 7。其編程思想及過(guò)程為：
1）消化原機圖紙，理解其控制邏輯；
2）現場(chǎng)了解工藝操作過(guò)程，熟悉工藝流程；
3）軟件控制邏輯基本和原控制板邏輯保持一致，如信號連動(dòng)、互鎖、移位寄存器操作等；