煙廠制絲生產(chǎn)線現(xiàn)場總線系統(tǒng)設計

1、 煙廠制絲生產(chǎn)線現(xiàn)場總線系統(tǒng)設計 【摘 要】本文介紹以卷煙廠制絲段為設計對象。通過運用美國羅克韋爾公司的自動化產(chǎn)品，建立起從生產(chǎn)到管理的現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)，以此實現(xiàn)對整個生產(chǎn)線的自動控制和實時監(jiān)測。 【關鍵詞】現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)；自動控制；實時監(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)場總線技術代替?zhèn)鹘y(tǒng)的DCS控制系統(tǒng)，對制絲線進行重新設計。 1.現(xiàn)場總線網(wǎng)絡設計要求 （1）本系統(tǒng)能完成對制絲線的整個工藝流程的數(shù)據(jù)采集順序控制時間控制、回路調(diào)節(jié)及上位機監(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)，控制主要電氣設備

2、和調(diào)節(jié)執(zhí)行機構(gòu)。 （3）該系統(tǒng)具有批次任務管理功能。管理計算機從MES系統(tǒng)上接受批次任務，并把生產(chǎn)批次任務下載到生產(chǎn)段，監(jiān)控機有3中選擇模式，分別為MES控制/遠程控制/本地控制。正常生產(chǎn)時選擇MES控制模式，控制系統(tǒng)執(zhí)行由控制計算機分解后的MES系統(tǒng)批次任務；當MES系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，選擇遠程控制模式，控制系統(tǒng)執(zhí)行由上位機操作員手工錄入的批次任務；當系統(tǒng)需要現(xiàn)場調(diào)試，檢修設備時，則選用本地控制模式，可通過現(xiàn)場的啟動停止按鈕，操作本地的電機。 （4）該系統(tǒng)具有在線診斷功能?？刂葡到y(tǒng)可以在線診斷各個生產(chǎn)段的啟動條件，提出應滿足條件項及已滿足的條件項，為操作人員提供操作指導。 （5）該系統(tǒng)對生產(chǎn)現(xiàn)場

3、需要進行調(diào)速的電機，采用變頻控制。通過通訊網(wǎng)卡直接與現(xiàn)場總線進行連接，形成數(shù)字化通訊交換。 2.成都卷煙廠制絲段現(xiàn)場總線設計 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)絡通信：面向控制網(wǎng)底層設備間的通信網(wǎng)絡設備網(wǎng)（DeviceNet）；控制器間的通信網(wǎng)絡控制網(wǎng)（ControlNet）；監(jiān)控機與監(jiān)控機及控制器間的通信網(wǎng)絡信息網(wǎng)（Ethernet/IP）。 2.2成都卷煙廠制絲線現(xiàn)場總線網(wǎng)絡的總體設計 煙廠制絲線分為6個系統(tǒng)：Z1葉片潤葉系統(tǒng)；Z2儲葉柜系統(tǒng)；Z3煙絲加香系統(tǒng)；Z7

4、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1756L63 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算機交換機及一臺網(wǎng)絡打印機。管理計算機上安裝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)應用的產(chǎn)品模塊之一。在控制端Rssql可以通過OLEDB連接Microsoft SQL Server 2000數(shù)據(jù)庫。本

5、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)進行 數(shù)據(jù)通信，向廠級領導和各職能部門發(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)控計算機下發(fā)生產(chǎn)批次，任務信息。在管理計算機上安裝兩塊網(wǎng)卡。一塊以太網(wǎng)卡，通過交換機與廠級網(wǎng)MES系統(tǒng)連接；另一塊西門子S7-1613以太網(wǎng)卡，通過OSM交換機與控制系統(tǒng)連接。在管理計算機上還可以進行報表的統(tǒng)計保存查詢打印儲柜物料的信息查詢。 集中監(jiān)控層：集中監(jiān)控層包括4臺監(jiān)控計算機一臺工程師站和2臺帶光纖口的西門子OSM ITP62工業(yè)以太網(wǎng)交換機。選用的OSM集成基于Web管理功能，可通過IE瀏覽器觀察網(wǎng)絡上各個交換機的狀態(tài)，根據(jù)登錄權限還可以進行相應操

6、作。監(jiān)控計算機系統(tǒng)采用客戶/服務器（Client/server）結(jié)構(gòu)，每臺監(jiān)控機上安裝西門子S71613以太網(wǎng)卡，利用以太網(wǎng)技術實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。監(jiān)控機作為上位機安裝RSView32界面編輯軟件通過OPC服務器完成系統(tǒng)組態(tài)，建立通過OSM交換機與PLC及管理計算機進行數(shù)據(jù)交換。監(jiān)控計算機進行對各系統(tǒng)工藝參數(shù)的檢測、指示、報警、記錄及調(diào)節(jié)；監(jiān)控組態(tài)系統(tǒng)設備運行狀態(tài)，實現(xiàn)實時控制功能。運用RSView32自帶的VB軟件，編輯與控制管理計算機SQL SERVER 2000數(shù)據(jù)庫的接口程序，實現(xiàn)設備信息數(shù)據(jù)的存儲。監(jiān)控機選用Dell計算機，運行Windows xp多用戶操作系統(tǒng)。工程師站上安裝RSLogi

7、x5000軟件并通過OSM交換機聯(lián)入光纖網(wǎng)，可以在中央控制室內(nèi)對各個控制段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。各PLC系統(tǒng)之間以及PLC與監(jiān)控機之間通過抗電磁干擾能力強的雙環(huán)冗余1000M光纖環(huán)網(wǎng)連接。PLC控制柜內(nèi)的機架上安裝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)場總線設備，包括I/O子站變頻器皮帶秤水分儀等設備?，F(xiàn)場操作終端安裝在PLC 控制柜上，現(xiàn)場操作終

8、端選用PANELView 1000觸摸屏，集成了以太網(wǎng)卡，通過OSM交換機與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： 用分布式I/O代替集中I/O，用總線通訊代替點對點通訊，使系統(tǒng)配置占地面積大大減少，控制電纜、動力電纜和橋架費用減少70%，降低了系統(tǒng)安裝成本。現(xiàn)場I/O箱實現(xiàn)設備就近驅(qū)動，大大節(jié)約安裝調(diào)試時間。 系統(tǒng)組態(tài)靈活，能迅速適應現(xiàn)場設備的調(diào)整。設備數(shù)量的變化只需更改對應的現(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)檢測設備（如水分儀、紅外測

9、溫儀）或自帶控制系統(tǒng)的主機設備采用現(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、準確性，節(jié)約了安裝時間，方便調(diào)試及診斷，從而為進一步實現(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23，配比精度為1%。 充分利用DeviceNet、ControlNet在系統(tǒng)可靠性、實時性、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。 在元器件的選型上，充分對比了相關牌號的同類產(chǎn)品，從可靠、實用、美 觀、性價比高等多方面考慮，選擇了相關元器件。例如選擇TURCK公司BL20系列現(xiàn)場I/O產(chǎn)品及電機啟動器，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)卡與總線有機結(jié)合，充分體現(xiàn)了現(xiàn)場總線開放性好、兼容性強的特點。 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)維護的工作量，而且整個制絲生產(chǎn)線的生產(chǎn)運行可靠性和控制精度都有很大幅度的提高。該系統(tǒng)現(xiàn)已投入運行，達到了工廠的工藝要求，得到了工廠的認可。 【參考文獻】 胡建軍.煙草制絲工藝培訓教材.北京：國家煙草專賣局職業(yè)技能鑒定指導中心