煙廠制絲生產(chǎn)線現(xiàn)場總線系統(tǒng)設(shè)計(jì)

【摘 要】本文介紹以卷煙廠制絲段為設(shè)計(jì)對象。通過運(yùn)用美國羅克韋爾公司的自動(dòng)化產(chǎn)品，建立起從生產(chǎn)到管理的現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)，以此實(shí)現(xiàn)對整個(gè)生產(chǎn)線的自動(dòng)控制和實(shí)時(shí)監(jiān)測。

【關(guān)鍵詞】現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)；自動(dòng)控制；實(shí)時(shí)監(jiān)測

0.前言

成都煙廠制絲線現(xiàn)有的DCS控制系統(tǒng)已不能滿足工廠信息化建設(shè)的需要。經(jīng)跟蹤行業(yè)目前的發(fā)展水平，確定選用現(xiàn)場總線技術(shù)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的DCS控制系統(tǒng)，對制絲線進(jìn)行重新設(shè)計(jì)。

1.現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)要求

（1）本系統(tǒng)能完成對制絲線的整個(gè)工藝流程的數(shù)據(jù)采集﹑順序控制﹑時(shí)間控制、回路調(diào)節(jié)及上位機(jī)監(jiān)控作用。

（2）現(xiàn)場控制器主要用于采集現(xiàn)場的工藝參數(shù)，控制主要電氣設(shè)備和調(diào)節(jié)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。

（3）該系統(tǒng)具有批次任務(wù)管理功能。管理計(jì)算機(jī)從MES系統(tǒng)上接受批次任務(wù)，并把生產(chǎn)批次任務(wù)下載到生產(chǎn)段，監(jiān)控機(jī)有3中選擇模式，分別為MES控制/遠(yuǎn)程控制/本地控制。正常生產(chǎn)時(shí)選擇MES控制模式，控制系統(tǒng)執(zhí)行由控制計(jì)算機(jī)分解后的MES系統(tǒng)批次任務(wù)；當(dāng)MES系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，選擇遠(yuǎn)程控制模式，控制系統(tǒng)執(zhí)行由上位機(jī)操作員手工錄入的批次任務(wù)；當(dāng)系統(tǒng)需要現(xiàn)場調(diào)試，檢修設(shè)備時(shí)，則選用本地控制模式，可通過現(xiàn)場的啟動(dòng)停止按鈕，操作本地的電機(jī)。

（4）該系統(tǒng)具有在線診斷功能。控制系統(tǒng)可以在線診斷各個(gè)生產(chǎn)段的啟動(dòng)條件，提出應(yīng)滿足條件項(xiàng)及已滿足的條件項(xiàng)，為操作人員提供操作指導(dǎo)。

（5）該系統(tǒng)對生產(chǎn)現(xiàn)場需要進(jìn)行調(diào)速的電機(jī)，采用變頻控制。通過通訊網(wǎng)卡直接與現(xiàn)場總線進(jìn)行連接，形成數(shù)字化通訊交換。

2.成都卷煙廠制絲段現(xiàn)場總線設(shè)計(jì)

2.1現(xiàn)場總線系統(tǒng)的選型

通過對比行業(yè)內(nèi)常用的現(xiàn)場總線系統(tǒng)，成都卷煙廠決定采用美國羅克韋爾公司提供的開放式現(xiàn)場總線系統(tǒng)NetLinx。NetLinx包含有三層網(wǎng)絡(luò)通信：面向控制網(wǎng)底層設(shè)備間的通信網(wǎng)絡(luò)—設(shè)備網(wǎng)（DeviceNet）；控制器間的通信網(wǎng)絡(luò)—控制網(wǎng)（ControlNet）；監(jiān)控機(jī)與監(jiān)控機(jī)及控制器間的通信網(wǎng)絡(luò)—信息網(wǎng)（Ethernet/IP）。

2.2成都卷煙廠制絲線現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)的總體設(shè)計(jì)

煙廠制絲線分為6個(gè)系統(tǒng)：Z1—葉片潤葉系統(tǒng)；Z2—儲(chǔ)葉柜系統(tǒng)；Z3—煙絲加香系統(tǒng)；Z7—香料系統(tǒng)；Z10—煙絲烘干膨脹系統(tǒng)；Z11—煙絲暫存柜系統(tǒng)。它們都采用了羅克韋爾公司的1756—L63 ControlLogix5563型PLC控制器。

2.3 現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的功能和配置

Z1 段現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)分為數(shù)據(jù)管理層﹑集中監(jiān)控層﹑過程控制層。

●數(shù)據(jù)管理層：數(shù)據(jù)管理層包括一臺管理計(jì)算機(jī)﹑交換機(jī)及一臺網(wǎng)絡(luò)打印機(jī)。管理計(jì)算機(jī)上安裝SQL SERVER 2000數(shù)據(jù)庫﹑VB開發(fā)軟件﹑RSview32和RSSql軟件。RSSql軟件是Rockwell RsbizWare系列軟件在制造企業(yè)應(yīng)用的產(chǎn)品模塊之一。在控制端Rssql可以通過OLE—DB連接Microsoft SQL Server 2000數(shù)據(jù)庫。本層是廠級網(wǎng)域控制網(wǎng)的接口，向上與廠級管理系統(tǒng)及MES系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，向廠級領(lǐng)導(dǎo)和各職能部門發(fā)布生產(chǎn)數(shù)據(jù)，為廠里的決策提供依據(jù)；向下對監(jiān)控計(jì)算機(jī)下發(fā)生產(chǎn)批次，任務(wù)信息。在管理計(jì)算機(jī)上安裝兩塊網(wǎng)卡。一塊以太網(wǎng)卡，通過交換機(jī)與廠級網(wǎng)MES系統(tǒng)連接；另一塊西門子S7-1613以太網(wǎng)卡，通過OSM交換機(jī)與控制系統(tǒng)連接。在管理計(jì)算機(jī)上還可以進(jìn)行報(bào)表的統(tǒng)計(jì)﹑保存﹑查詢﹑打印﹑儲(chǔ)柜物料的信息查詢。

●集中監(jiān)控層：集中監(jiān)控層包括4臺監(jiān)控計(jì)算機(jī)﹑一臺工程師站和2臺帶光纖口的西門子OSM ITP62工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)。選用的OSM集成基于Web管理功能，可通過IE瀏覽器觀察網(wǎng)絡(luò)上各個(gè)交換機(jī)的狀態(tài)，根據(jù)登錄權(quán)限還可以進(jìn)行相應(yīng)操作。監(jiān)控計(jì)算機(jī)系統(tǒng)采用客戶/服務(wù)器（Client/server）結(jié)構(gòu)，每臺監(jiān)控機(jī)上安裝西門子S7—1613以太網(wǎng)卡，利用以太網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。監(jiān)控機(jī)作為上位機(jī)安裝RSView32—界面編輯軟件通過OPC服務(wù)器完成系統(tǒng)組態(tài)，建立通過OSM交換機(jī)與PLC及管理計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。監(jiān)控計(jì)算機(jī)進(jìn)行對各系統(tǒng)工藝參數(shù)的檢測、指示、報(bào)警、記錄及調(diào)節(jié)；監(jiān)控組態(tài)系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)控制功能。運(yùn)用RSView32自帶的VB軟件，編輯與控制管理計(jì)算機(jī)SQL SERVER 2000數(shù)據(jù)庫的接口程序，實(shí)現(xiàn)設(shè)備信息數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)。監(jiān)控機(jī)選用Dell計(jì)算機(jī)，運(yùn)行Windows xp多用戶操作系統(tǒng)。工程師站上安裝RSLogix5000軟件并通過OSM交換機(jī)聯(lián)入光纖網(wǎng)，可以在中央控制室內(nèi)對各個(gè)控制段PLC程序在線查看及修改。

●過程控制層：過程控制層包括PLC控制柜，現(xiàn)場操作終端及帶光纖口的西門子OSM ITP62工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)。各PLC系統(tǒng)之間以及PLC與監(jiān)控機(jī)之間通過抗電磁干擾能力強(qiáng)的雙環(huán)冗余1000M光纖環(huán)網(wǎng)連接。PLC控制柜內(nèi)的機(jī)架上安裝RockWell Logix5563CPU，并配有以太網(wǎng)卡和DeviceNet網(wǎng)卡，以太網(wǎng)卡用于將控制段PLC通過OSM聯(lián)入光纖環(huán)網(wǎng)；DeviceNet網(wǎng)卡用于聯(lián)接控制段內(nèi)的現(xiàn)場總線設(shè)備，包括I/O子站﹑變頻器﹑皮帶秤﹑水分儀等設(shè)備。現(xiàn)場操作終端安裝在PLC 控制柜上，現(xiàn)場操作終端選用PANELView 1000觸摸屏，集成了以太網(wǎng)卡，通過OSM交換機(jī)與PLC通訊。

3.系統(tǒng)的特性

與傳統(tǒng)的控制模式相比，基于現(xiàn)場總線控制模式的煙廠制絲生產(chǎn)線電控系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)：

●用分布式I/O代替集中I/O，用總線通訊代替點(diǎn)對點(diǎn)通訊，使系統(tǒng)配置占地面積大大減少，控制電纜、動(dòng)力電纜和橋架費(fèi)用減少70%，降低了系統(tǒng)安裝成本。現(xiàn)場I/O箱實(shí)現(xiàn)設(shè)備就近驅(qū)動(dòng)，大大節(jié)約安裝調(diào)試時(shí)間。

●系統(tǒng)組態(tài)靈活，能迅速適應(yīng)現(xiàn)場設(shè)備的調(diào)整。設(shè)備數(shù)量的變化只需更改對應(yīng)的現(xiàn)場I/O箱內(nèi)的配置和控制程序的少量修改。

●充分利用現(xiàn)場總線的開放性，來自不同廠商的執(zhí)行器件（如變頻器、 電子秤）、連續(xù)檢測設(shè)備（如水分儀、紅外測溫儀）或自帶控制系統(tǒng)的主機(jī)設(shè)備采用現(xiàn)場總線連接，減少了模擬量模塊的數(shù)量，提高了數(shù)據(jù)傳送的快捷性、準(zhǔn)確性，節(jié)約了安裝時(shí)間，方便調(diào)試及診斷，從而為進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)全線流量、水分、溫度的控制精度提供了保證。整條制絲生產(chǎn)線水分控制精度為1%；溫度控制精度為2～3℃，配比精度為1%。

●充分利用DeviceNet、ControlNet在系統(tǒng)可靠性、實(shí)時(shí)性、抗干擾性、硬件診斷、系統(tǒng)組態(tài)等方面的優(yōu)良性能及總線確定性的數(shù)據(jù)傳輸，十分便于系統(tǒng)的調(diào)試和維護(hù)。

●在元器件的選型上，充分對比了相關(guān)牌號的同類產(chǎn)品，從可靠、實(shí)用、美觀、性價(jià)比高等多方面考慮，選擇了相關(guān)元器件。例如選擇TURCK公司BL20系列現(xiàn)場I/O產(chǎn)品及電機(jī)啟動(dòng)器，選擇丹佛斯的變頻器等。這些產(chǎn)品通過現(xiàn)場總線端子或網(wǎng)卡與總線有機(jī)結(jié)合，充分體現(xiàn)了現(xiàn)場總線開放性好、兼容性強(qiáng)的特點(diǎn)。

4.小結(jié)

該系統(tǒng)的電纜使用量比以前的控制系統(tǒng)有明顯的降低，減少了日常的生產(chǎn)維護(hù)的工作量，而且整個(gè)制絲生產(chǎn)線的生產(chǎn)運(yùn)行可靠性和控制精度都有很大幅度的提高。該系統(tǒng)現(xiàn)已投入運(yùn)行，達(dá)到了工廠的工藝要求，得到了工廠的認(rèn)可。

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