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案例详细
标题基于Profibus-DP的高档铜箔生产工艺控制
技术领域
行业
简介场总线技术是工业自动化发展的一个重要方向，Profibus总线是当前流行的几种现场总线的一种。本文结合高档铜箔的生产工艺，介绍了基于Profibus-DP的控制系统的设计及DP网络的组态方法和过程。
内容
一概述
        现场总线（Feildbus）是80年代末90年代初发展起来的用于过程自动化、制造自动化、楼宇自动化的现场智能设备通讯网络。因其开放性、互操作性、现场设备智能化、高度分散和环境的适应性等优点而成为国际自动化发展的热点。Profibus总线是当前流行的几种现场总线的一种，它由三个兼容的部分构成，分别为Profibus-DP、Profibus-PA、Profibus-FMS。其中DP是一种高速低成本的通讯，用于设备级系统和分散IO的通讯。PA是专为过程自动化而设计，传感器和执行器可联在一根总线上并可保证本质安全。FMS用于车间级监控网络，是令牌结构实时多主网络。本文结合笔者刚完成的高档铜箔生产工艺控制系统，阐述一下Profibus-DP在工业中的实现。
二工艺简介
        铜箔是印刷电路板的原材料，它的生产工艺一般分为电解溶铜、表面处理和分剪包装三部分。另外在生产过程中为保证铜箔的质量，生产环境的温度和湿度也有所要求，故车间还有10万空调机组和30万空调机组需进行控制。系统整体框图如图1。


图1 辊式连续电解法生产铜箔的工艺流程

        第一步电解溶铜。以电解铜或同等纯度的电线返回料为原料,在含有硫酸铜溶液中溶解,在以不溶性材料为阳极、底部浸在硫酸铜电解液中恒速旋的阴极辊为阴极的电解槽中进行电解,溶液中的铜沉积到阴极辊筒的表面形成铜箔,铜箔的厚度由阴极电流密度和阴极辊的转速所控制。待铜箔随辊筒转出液面后,再连续地从阴极辊上剥离,经水洗、干燥、卷取,生成原箔。
        第二步进行的是仍以电化学反应为主体的表面处理工序。该工序分三段进行:第一阶段为保持铜及氧化铜组成的枝状结晶组织的粗化层。第二阶黄铜或锌做为阻挡层。具有阻挡层的铜箔在生产印刷电路的过程中,才能保证没有微粒迁移等基板污染现象。第三阶段,为了防止搬运、存放或层压时发生氧化,在铜箔的表面镀锌、镍、锡及其它金属或合金做为防氧化镀层。
        第三步即分剪包装。由于分剪包装部分设备自带控制装置，我们在此不作考虑。这样整个生产工艺可分为：电解溶铜，表面溶铜，10空调机组，30万空调机组四部分。

三控制系统设计
        系统采用三级监控网络。系统网络配置图见图2。系统最低层是设备控制层，主要完成生产设备的现场控制与监测。第2层是监控层，主要完成整个生产系统的在线监控。并向设备控制层下达控制指令。这两层都挂在Profibus-DP网络上。第3层为厂级管理层。向车间下达的生产任务。同时可获取车间的生产数据。

          
                             图 2  系统示意图
 
3．1现场设备控制层。
        采用西门子的S7300系列PLC，共四套，分别负责电解溶铜，表面溶铜，10空调机组，30万空调机组的自动控制。其中PLC的CPU选用支持Profibus-DP的315-2DP，这四个站工作在DP-SLAVE模式。每个站配有适当数量的DI/DO，AI/AO以及一块CP340模块进行现场的控制，CP340为485通讯模块，负责与现场的变频器组通讯，控制输送设备的转速。另外每个站配有一台Pro-face触摸屏，通过MPI和PLC通讯，以便将工艺参数及时反馈给现场操作人员并接受现场操作指令。
3．2监控层
        监控主站采用研华工控机，一用一备。进行画面组态和数据处理监控。主站安装有支持Profibus-DP的西门子CP5611卡和OPCServer，工作在DP-SERVER模式，CP5611卡负责与现场PLC进行通讯。监控软件采用组态王，它通过OPCClient和西门子OPCServer通信，获取现场数据。监控软件主要完成的功能：
（1）检测点的实时显示：各种阀，泵的运行状态；
（2）各种模拟量的实时显示打印：通过棒状图，趋势图实现；
（3）工艺参数修改打印；
（4）报警及报警记录功能
（5）历史数据查询打印；
（6）操作记录查询打印；
（7）利用SQL标准数据库与厂级管理系统交换数据。
四DP网络实现
        监控主站和现场PLC的程序设计在此不再赘述，我们主要阐述一下DP网络的实现方法。其具体步骤如下。
（1）硬件连接。各站通过双绞线连接起来。
（2）监控主站安装好CP5611卡，驱动，Step7，SimaticNet，和组态王。
（3）利用Step7对现场PLC编写控制程序。同时对其CPU在硬件组态时设好DP网络的参数。如：地址，通讯速率等。注：地址不能重复，通讯速率一致。
（4）利用SimaticNet软件中的Configuration Console在PC Station中，添加OPC Server程序 及CP5611通讯卡。
（5）配置PC Station，利用SimaticNet软件中的Commissioning Wizard与前面第三步建立的程序建立连接。
（6）设置下传，此时作为PC Station的计算机和DP设备已经组态成了一个完整的DP网络系统。
（7）利用SimaticNet软件中的OPC Scout配置OPC Server中需访问的现场PLC的存储区地址。
（8）在组态王中通过OPC Client即可访问OPC Server中的数据。
五结束语
该系统目前已经投入使用，投产以来运行良好，产品质量高，多销往国外，为厂家带来很好的经济效益。