冗余現場總線技術在打葉復烤生產線上的應用分析

王磊 馬知行

摘 要：既往的現場總線技術存在著諸多缺點，比如抗干擾能力差，可靠性差、接頭容易松動及安裝難度大等，因而當設備長時間處于運行狀態時，非常容易發生故障。對此，本文介紹了一種打葉復烤生產線控制系統，此系統運用了冗余ControlNet現場總線、分布式I/O技術、環形的工業以太網等，使得打葉復烤生產線現場設備控制的總體可靠性與穩定性得到顯著提升，且更加容易進行維護與集成擴展。

關鍵詞：冗余現場總線;打葉復烤生產線;分布式I/O技術

為了能夠提高生產效率及過程控制質量，更好的順應精細化加工需要，現場總線技術在煙草行業中已經得到廣泛應用，針對傳統類型的現場總線技術而言，盡管能夠實時采集與控制現場數據，但仍有許多不足與缺陷，比如安裝難度大、接地要求高即可靠性差等，所以，當設備處于運行狀態時，易發生網絡故障，甚至停機，因而對生產效率以及產品質量造成了比較大的影響。本文探討了一種新型的冗余現場總線技術，就其在打葉復烤生產線上的實際應用作一分析。

1 系統的基本機構分析

針對整條生產線而言，其電控系統主要由變頻器、部分低壓電器件、軟啟動器及PLC等構成，都選用的是美國Rockwell公司所開發的驅動與自動化產品;對于全線電控系統而言，均選用的是總線控制方式，也就是選用現場分布式I/O箱結合主控柜的控制方式。針對各控制段來講，均由主控柜、現場操作站及控制子站等構成，而對于各子站、觸摸屏、FLEX I/O、軟啟動器及變頻器來講，其與主站之間均選用的是冗余ControlNet，而中控室上位機或者是現場觸摸屏來進行現場設備的監控與運行操作。另外，還需要指出的是，在各個工藝段主站PLC機架上，均配置有對應的一塊1756-ENB模塊，借助于冗余數據采集服務器，以及環形以太網，來實現與上位機之間的實時通信。在全線上，一共設置了PLC8組，其中，針對打葉段、預處理段、真空回潮段、碎葉段、片煙復烤與碎葉段等均有一套與之相搭配的Logix5550系列的PLC，而在選用的處理器上，即為1756-L63型;而在配方段、除塵段即梗復烤段而言，均配置有一套上述系列的PLC;選用的是1756-L61型的處理器。

2 軟件設計分析

冗余ControlNet程序流程是：（1）當程度已經“開始”及“初始化”之后，便開展A/B網的信號檢測;（2）對A/B是否同時出現故障進行判斷，若為“是”，那么此時的網絡通信便會發出報警，程序便會返回至“初始化”階段;若為“否”，則開展后續判斷;（3）對A網有無故障進行判斷，若為“是”，那么A網便會報警，此時通訊指示燈為紅閃，且切換成B網通訊;若為“否”，那么便開展后續判斷;（4）對B網有無故障進行判斷，若為“是”，那么B網便會報警，且其通訊指示燈處于紅閃狀態，并切換成A網通訊;若為“否”，那么進行下一判斷;（5）若A與B網均沒有通訊故障，那么對A網、B網的信號強度進行判斷，如果A>B時，那么選擇A網通訊，不然，則選B網。

3 硬件設計

本文以片煙復烤控制系統為例，設計其硬件部分。針對片煙復烤段而言，其主要由一組處于獨立狀態的PLC當作其主控制器，而對于電源以及其它控制電路來講，在具體的通訊上，直接與PLC上的DI/DO模塊來完成。而在PLC機架上，則配置有ControlNet通訊模塊，即17546-CNBR，需要指出的是，在同一個機架上，其1756-CNBR數量需<5塊;軟啟動器與變頻器與其中的1塊1756-CNBR共同組建成一個處于獨立狀態的ControlNet-1，而對于FLEX I/O子站與現場操作站來講，其則與1塊1756-CNBR板組合在一起，形成處于獨立狀態的ControlNet-2。針對各ControlNet而言，均有2個通訊鏈路，分別為A網與B網，且彼此間相互冗余，各臺軟啟動器、變頻器、現場FLEX I/O子站來講，均為1個PLC，且均占用了1個節點。而對于各個網段而言，其允許的分解器數量最多為48個，而網段的電纜長度緊密相關于節點數。

由電纜走向設計顯示，ControlNet-1所使用的同軸電纜的長度是110m，而ControlNet-2為380m，相比于最大允許電纜長度，均偏小，如果將電纜的長度延長，可增加中繼器，或者是擴展網絡成星型結構。為了能使ControlNet系統保持正常工作狀態，各通訊鏈路的兩端，都需要根據實際情況，安裝75?的終端電阻。相比于傳統的現場總線，冗余ControlNet主要有如下優點：針對ControlNet現場總線來講，其實為一種新型的雙鏈路結構，如果其中的一鏈路信號比較弱，或者是出現故障情況，那么可自動切換至另外一鏈路來工作;而在分接器支線電纜上，設置有固定的鐵氧體磁環，對噪聲具有抑制作用，并且還能時網絡的抗干擾性增強;針對傳輸介質而言，其即同軸電纜，具有比較強的抗干擾性;網絡所選用的是專門制作的固件連接，牢固并且不容易出現松動。

4 結語

綜上，針對這一打葉復烤生產線而言，其經過一段時間的生產運行后，控制系統比較的可靠且穩定，冗余ControlNet現場總線與環行的工業以太網，使打葉復烤生產線現場設備控制的可靠性與實時性均得到提升，且更加方便進行維護與集成擴展，除此之外，還能把傳統現場總線應用中的不足較好的克服掉，應用效果好。

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