Rockwell现场总线在切片生产线中的应用

　　前言

　　随着打叶复烤技术的推广应用，各卷烟厂制丝线和膨胀烟丝厂家的工艺都使用经打包醇化后的片烟为生产原料。作为其第一道处理工序，其处理的效果如何直接关系到工艺质量，因此其控制系统的先进程度至关重要。本文介绍的基于RockwellABDevicenet现场总线技术的膨胀烟丝线切片回潮控制系统，具有运行安全可靠，实时性强，易于扩展的特点，达到了国内外卷烟制丝控制系统的先进水平。现将其电控系统设计的思路列示如下：

　　1、工艺设备流程的控制范围

　　切片回潮生产线工艺设备流程：原料（片烟）经101和102轨道式皮带输送机进入推板式垂直分切机，红三刀四片切片后经104提升皮带机进入105静态电子皮带秤称重后通过106振动滑槽进入滚筒式叶片回潮机进行回潮处理，经108振槽和109水份仪检测水分，通过提升皮带机110A和110裙边带提升机上楼进贮叶柜，进入下一道工序的处理。

　　该切片回潮控制系统控制范围包括自工位号101至109B。此段主要控制两台主机设备——推板式垂直切片机和直接回潮机，所控电机的类型和数量如下：单向直接启动电机9台、变频调速控制电机2台、双向双速控制电机1台。

　　2、控制技术要求及实现功能

　　2.1 纳入管控一体化

　　本段控制系统企业要求与其原生产线管控一体化控制系统融为一体，其管控一体化控制系统结构如图二所示。本主主要介绍管控系统该段的第一层和第二层设计。由于本文的主题和篇幅的关系对第三层和第四层就不再涉及。

　　第一层是直接控制生产装置运行的设备控制层，通常包括现场仪表和执行机构、FCS系统、PLC系统和其它形式的控制系统。这些系统这一层除完成一些常规控制外，还应赋予先进控制的智能，实现生产的优化运行。

　　第二层为集中监控层,通常供生产操作人员使用，保证生产正常平稳运行。工厂的中央控制室中操作人员通过计算机向现场发出生产控制命令，同时在计算机屏幕上查看现场的实时生产数据[1]。

　　2.2 实现功能

　　控制系统应具有两种操作模式，即本地控制模式和中控室远程监控模式。[page]

　　2.2.1 本地控制模式

　　体现在第一层的底层设备控制系统，要求具有按工艺要求自动顺序启/停、声光报警、故障诊断、联锁、模拟工艺流程状况显示等功能。对电机提供过热、过流、缺相保护功能。控制系统以自动控制为主，并备有手动控制功能，两者之间可进行转换。

　　①自动控制：本控制系统在自动方式下实现对各设备的自动控制，包括电机启停、执行机构的动作等，满足生产工艺的要求。各设备在启动时按照物料流动的方向逆序启动。相邻设备之间在启动时应设置延时时间（具体时间依工艺情况而定），以防堵料。带有测控元件的设备其动作次序按照生产工艺确定。

　　②手动控制：本控制系统在手动方式下通过本地组合开关实现对各单机设备电机的现场手动控制，包括双向电机的正反向换向。

　　③紧急停止：本控制系统具有紧急停止功能，在各工艺段关键位置设置有明显标记的紧急停止按钮。当按下按钮后，该段内所控制的设备必须全部停止运行，并切断动力电源。解除紧急情况后，系统需重新启动方可重新工作。

　　④电机控制柜组操作面板：分别用于监视相应控制段的工艺流程、设备状况、工艺参数及故障指示等，并可对本段设备进行启/停、手动/自动切换操作，以及根据授权对工艺参数进行设定等。

　　⑤保护功能：系统对电机提供过热、过流、缺相保护功能。

　　2.2.2 中控室远程监控模式

　　体现在第二层的集中监控层，也以自动控制为主，并备有手动控制功能，两者之间可进行转换。中控和本地切换钮设在中控室，常规模式打在中控状态，在中控室对全线进行集中操作和监控，在该运行模式时现场不进行操作，这样一是保证了安全，防止多头操作，二是现场只设少量巡视人员，减少了人员配备，降低了企业的人工成本。只有在特殊情况如调试和检修时打在本地操作状态。

　　3、系统结构和构成

　　3.1 系统结构

　　该部分电控系统由设备控制层、集中监控层组成，两个功能层主要通过Devicenet和Controlnet网络连接，实行了信息集成，方便了与生产管理系统的连接。形成了分段控制、集中监控及管理的一体化系统。见附图3。

　　3.2 系统构成

　　3.2.1 底层控制系统

　　采用现场总线控制模式和主站-本地操作箱结构，总线采用A-B公司DeviceNet。相对于其余的现场总线来讲，DeviceNet总线的抗干扰能力要更好，网络配置更简易。一组电控柜组放置现场，其中电机柜采用A-B公司的母线结构形式。

　　①主站

　　采用A-B公司SLC504可编程序控制器（由于其处理能力较强，尽管该段控制设备较多，但一个SLC504已经足够，用Controllogix5000系列就有点不是太经济了）。本地操作箱为分布在现场设备上的分布式FlexI/O。现场设备上的分布式FlexI/O本地操作箱连接现场设备上的各种传感器、执行器（包括现场本地组合开关）。在控制柜门上安装手自动、集控工作方式旋钮及自动启动和停止按钮。

　　②子站

　　操作面板采用A-B公司的PanelView（14’显示器，具有触摸屏），监视、控制本工艺段工况。只有在上位监控机授权下，才能对本段进行控制和参数设定。操作面板通过现场总线DeviceNet和主站通讯。柜内变频器也直接上DEVICENET网，经SDN模块与CPU联网。

　　现场设四个本地操作箱，分别是切片机前部备料皮带侧一组，分切机机体两组，回潮筒侧一组、出料一组。垂直分切机上没有模拟量，只有数字量，由于垂直分切机动作复杂，光电管、接近开关、限位开关等等，数量较多，加上旋转编码器等元器件，故在制丝线中，垂直分切机是数字量最多的设备之一。叶片回潮机的作用是使切好的烟片增加适当的水份和温度，属模拟量控制，经PLC计算得出相应输出，通过FlexI/O模块输出4-20mA信号控制执行器件，以控制热风和出口物料水分，也属于关键主控设备。

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　　本地组合开关、紧急停机开关和分布式FlexI/O安装在本地操作箱，作为本地操作箱就近放置在被控设备上。FlexI/O上DEVICENET网，水份仪上DeviceNet。水份仪信号、电磁流量计、温度变换器、流量控制器等模拟量测控元件，由相应的本地操作箱负责信号采集和输出。信号传输方式为4-20mA。

　　3.2.2 集中监控层

　　集中于中央控制室内，主站SLC504PLC通过机架插槽上的控制网模块，通过同轴电缆上中控室内AB公司的Controlnet控制主网，[2]通过Controlnet网实现切片回潮段与原控制系统的连接和通信。ControlNet是基于生产者/消费者（Producer/Consumer）模式的网络，允许在同一链路上有多个主控制器共存，支持输入数据或点对点信息的多路发送，大大减少了网络上的交通量，提高了网络效率和网络性能，是高度确定性、可重复的网络。

　　工控组态软件产品Rsview，监控机采用HP工作站，SLC504、原ControlLogix5550与监控机、工程师工作站通过controlnet通信。切片回潮段现场设备控制子系统受相应的上位监控机监视和控制，接受中控室工程师站或本地现场工程师站对其PLC程序在线读写、维护。

　　集中监控系统与生产管理系统通过Ethernet网络连接。实现切片回潮段与生产管理系统和公司信息管理网的连接和通信。

　　3.3 软件

　　3.3.1 DeviceNet网组态

　　在底层设备控制网络的硬件连接后，还需要对DeviceNet进行组态。通过RockwellRSNetworxforDeviceNet来实现的。通过该软件，用户可以通过生成和管理项目，方便地检查网上设备活动情况、指定具体设备的数据存取方式和与控制器所属扫描设备间的数据映射关系，设备的增删与更改，调节设备的可控制参数等[3]。

　　3.3.2 SLC504的编程

　　本段主要是分切机及回潮机的动作和指标控制，控制比较复杂，程序由于篇幅和主题关系在此就不细细阐述了。

　　3.2.3 Panelview本地操作届面

　　本系统使用的PanelView为Rockwell的PanelView1400E，使用的软件是相应的PanelBuilder，在进行相关的硬件连接和地址配置后，编辑标签和故障触发条件并进行绘图，然后将生成的＊.Pba文件下传即可。

　　3.2.4 Controlnet网组态

　　在SLC504与Controlnet硬件连接后，还需要对Controlnet网络通讯重新进行组态。这是通过RockwellRSNetworxforControlNet来实现的。使用RSNetworxforControlNet软件，用户可以非常直观的配置ControlNet，进行合适的组态。对于ControlNet的各种网络信息，如网络刷新时间、最大预定义数据传送的结点地址号，都可以通过RSNetworx来重新配置。然后将配置文件下载到PLC中去即可由它作为ControlNet的Keeper，管理网络。[4]

　　3.2.5 Rsview32中控操作届面

　　中控操作界面设计通常组态软件来实现。作为组态软件，RockwellRSView32提供了强大的数据监控能力，方便用户进行上位机的画面组态。

　　3.2.6 Rssql软件

　　Rockwell的RSSQL软件是一种把现场设备的数据与企业的数据库相连接的中间桥梁。通过将该部分电控系统数据整合进中控室生产管理层，主要是DDE和ODBC的应用（略），减少了信息孤岛。

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　　4、该线电控系统设计特点

　　4.1 设备控制层：采用AB公司分步式现场总线，形成了从测控设备到操作控制计算机的数字通信网络，适应了网络发展的要求，除具有与传统的集散控制系统相比的常规优点外，还具有如下特点：各从站（包括变频器、水份仪等）的参数总线可以从RSNetWorx配置并下载，从这一点也体现了一个DeviceNet现场总线的一个特点，设计人员可以通过总线上载、配置、下载从站的参数，这对于调试是很有用的。特别对于象变频器、水份仪这样有大量参数的复杂设备，利用这一功能就可以省去了在操作面板上的参数输入过程，在中控室可进行参数配置，实现对包括变频器等设备的生动操作。另应该说在全国来讲较早实现水份仪上DeviceNet网。

　　4.2 通过将该部分电控系统整合进集中监控层，实现与原有控制模式的完美对接。且集中监控层设备与设备控制层主站、生产管理层设备统一放在中控室内，监控画面丰富、设备信息采集全面，方便生产人员操作和实时监控，且方便了维护。

　　4.3 通过将该部分电控系统数据整合进中控室生产管理层，减少了信息孤岛，丰富了监控信息和管理数据，电控系统运行稳定，工艺质量控制达标效果好，产生了良好的经济和社会效益，这样既展示良好的企业形象、又方便了管理。