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案例頻道一概述
現場總線（Feildbus）是80年代末90年代初發展起來的用于過程自動化、制造自動化、樓宇自動化的現場智能設備通訊網絡。因其開放性、互操作性、現場設備智能化、高度分散和環境的適應性等優點而成為國際自動化發展的熱點。Profibus總線是當前流行的幾種現場總線的一種，它由三個兼容的部分構成，分別為Profibus-DP、Profibus-PA、Profibus-FMS。其中DP是一種高速低成本的通訊，用于設備級系統和分散IO的通訊。PA是專為過程自動化而設計，傳感器和執行器可聯在一根總線上并可保證本質安全。FMS用于車間級監控網絡，是令牌結構實時多主網絡。本文結合筆者剛完成的高檔銅箔生產工藝控制系統，闡述一下Profibus-DP在工業中的實現。
二工藝簡介
銅箔是印刷電路板的原材料，它的生產工藝一般分為電解溶銅、表面處理和分剪包裝三部分。另外在生產過程中為保證銅箔的質量，生產環境的溫度和濕度也有所要求，故車間還有10萬空調機組和30萬空調機組需進行控制。系統整體框圖如圖1。
圖1 輥式連續電解法生產銅箔的工藝流程
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速所控制。待銅箔隨輥筒轉出液面后,再連續地從陰極輥上剝離,經水洗、干燥、卷取,生成原箔。
第二步進行的是仍以電化學反應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印刷電路的過程中,才能保證沒有微粒遷移等基板污染現象。第三階段,為了防止搬運、存放或層壓時發生氧化,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備自帶控制裝置，我們在此不作考慮。這樣整個生產工藝可分為：電解溶銅，表面溶銅，10空調機組，30萬空調機組四部分。
三控制系統設計
系統采用三級監控網絡。系統網絡配置圖見圖2。系統最低層是設備控制層，主要完成生產設備的現場控制與監測。第2層是監控層，主要完成整個生產系統的在線監控。并向設備控制層下達控制指令。這兩層都掛在Profibus-DP網絡上。第3層為廠級管理層。向車間下達的生產任務。同時可獲取車間的生產數據。
圖 2 系統示意圖
3．1現場設備控制層。
采用西門子的S7300系列PLC，共四套，分別負責電解溶銅，表面溶銅，10空調機組，30萬空調機組的自動控制。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。每個站配有適當數量的DI/DO，AI/AO以及一塊CP340模塊進行現場的控制，CP340為485通訊模塊，負責與現場的變頻器組通訊，控制輸送設備的轉速。另外每個站配有一臺Pro-face觸摸屏，通過MPI和PLC通訊，以便將工藝參數及時反饋給現場操作人員并接受現場操作指令。
3．2監控層
監控主站采用研華工控機，一用一備。進行畫面組態和數據處理監控。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卡負責與現場PLC進行通訊。監控軟件采用組態王，它通過OPCClient和西門子OPCServer通信，獲取現場數據。監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；
（2）各種模擬量的實時顯示打印：通過棒狀圖，趨勢圖實現；
（3）工藝參數修改打印；
（4）報警及報警記錄功能
（5）歷史數據查詢打印；
（6）操作記錄查詢打印；
（7）利用SQL標準數據庫與廠級管理系統交換數據。
四DP網絡實現
監控主站和現場PLC的程序設計在此不再贅述，我們主要闡述一下DP網絡的實現方法。其具體步驟如下。
（1）硬件連接。各站通過雙絞線連接起來。
（2）監控主站安裝好CP5611卡，驅動，Step7，SimaticNet，和組態王。
（3）利用Step7對現場PLC編寫控制程序。同時對其CPU在硬件組態時設好DP網絡的參數。如：地址，通訊速率等。注：地址不能重復，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）設置下傳，此時作為PC Station的計算機和DP設備已經組態成了一個完整的DP網絡系統。
（7）利用SimaticNet軟件中的OPC Scout配置OPC Server中需訪問的現場PLC的存儲區地址。
（8）在組態王中通過OPC Client即可訪問OPC Server中的數據。
五結束語
該系統目前已經投入使用，投產以來運行良好，產品質量高，多銷往國外，為廠家帶來很好的經濟效益。
北京市公安局海淀分局備案號：11010802023656號