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案例頻道【關鍵詞】控制網；冗余網；膨脹煙絲；應用
中圖分類號：TP277 文獻標識碼：B
Application of AB ControlNet to Product Line of Dry Ice Explode Tobacco
TONG QIANG， ZHANG JUN-YING
Qinhuangdao Tobacco Machinary Co.,Ltd.,Qinhuangdao 066004,China
Abstract In this article the author generally analyses the characteristics and communication mode of AB ControlNet，combine with the network structure of Xiamen tobacco factory, and describes the application and maintenance of the controlnet, discuss some key problems that occur during the application of AB controlnet.
Key words ControlNet; Redundance Net; Dry Ice Explode Tobacco; Application
1 前言
廈門卷煙廠由國家煙草局的批準建立一條CO2膨脹煙絲生產線，來滿足市場的需求。經過協商，廈門卷煙廠CO2膨脹煙絲自動系統采用ControlNet網絡作為主控制網絡，并且網絡的結構是冗余雙網，運行安全可靠，實時性強，易于擴展；系統設計合理。功能完善、便于操作。該系統是卷煙業ControlNet冗余網的成功運用之一，達到了國內外卷煙控制系統的先進水平。該網絡已經成功運行了二年多，性能穩定，已經取得了良好的社會和經濟效益。現將該系統采用的AB控制網介紹如下：
2 AB控制網的概述
AB控制網采用一種新的通信模式，即生產者/客戶(Producer/Consumer)模式，這種模式允許網絡上的所有節點，同時從單個數據源存取相同數據，它用于對時間有苛刻要求的應用場合的信息傳輸，是高速確定性的網絡。它允許傳送無時間苛刻要求的報文數據，但不會對有時間苛刻要求的傳送造成沖擊，它作為控制器和I/O設備之間的一條高速通信鏈路，綜合了現有各種網絡的能力。該網絡具有如下優點[1]：
① 網絡所有節點同步、信息吞吐量大、速度快、效率快，從而能實現精確的同步控制以及實時性高的網絡控制。
② 在同一鏈路上，采用多控制器控制相互獨立的I/O。
③ 節點可分成不同的優先級，以滿足不同的實時要求。
④ 每幀信息都有CRC校驗和其他校驗措施，數據傳輸誤碼率低。
⑤ 有嚴重故障的節點可自動從網絡上切除，保證網絡的正常運行。
它作為控制器I/O設備之間的一條高速通信鏈路，綜合了現有的I/O和DH+鏈路的能力。完全可以滿足卷煙企業的生產要求。
3 CO2膨脹煙絲生產線的網絡結構與特點
廈門卷煙廠采用集散型測控管理系統，設一個中心控制室主站和四個分現場(見圖1)。各PLC站之間通過ControlNet網絡通訊，中控室四臺PC機和服務器通過以太網通訊。現場測控由PLC完成，數據監控及分析由工作站計算機承擔。各分站獨立運行。通過網絡分享信息資源；中控室可監控各分站的運行，實行優化調度。主控制網ControlNet冗余網下掛4臺型號為1756-L55M13的PLC，分別控制冷端、熱端、進料端和出料端四個分站。根據各分站的不同情況，各PLC還通過DeviceNet[2]掛接若干個FLEX I/O和變頻器等；冷端和熱端的PLC還通過DH+網帶了一定數量的型號1747-K524的SLC，用于監控燃燒爐、壓縮機等比較獨立和分散的設備。這三層網絡結構是卷煙行業比較常用的網絡結構，第一層信息層采用以太網，用于全廠的數據采集、歷史數據查詢和程序的維護；第二層自動化控制層采用ControlNet網絡，用于實時I/O控制、報文傳送。第三層設備層，用于底層設備的低成本、高效率信息集成。
圖1 廈門CO2膨脹煙絲生產線網絡結構圖
ControlNet網絡具有吞吐量高、資源共享、傳輸介質為同軸電纜或光纖、支持冗余介質、體系結構靈活等特點。當通信速度為5Mb/s時，網絡刷新時間最小可達到2ms，可尋址節點數為99個，同軸電纜傳輸距離達3km(光纖介質使用中繼器時可達到30km)。這種通訊速度和距離在卷煙行業的應用是綽綽有余的，可根據距離或廠房的實際情況選用同軸電纜或光纖。
ControlNet網絡是一個高速確定性冗余網絡，當一條網線中斷時，另一條網線會立刻工作，對通訊和控制沒有任何影響，保證安全生產。
ControlNet網絡組態和編程簡單，通過ControlLogix Gateway，它能實現與Ethernet （以太網）、DeviceNet（設備網）、RIO（遠程IO）、DH（數據高速公路）網絡之間的數據交換。這種靈活的連接方式使擴容升級很容易，如煙廠需要再增加其它設備，只需再添加PLC，對原有系統不須更改。又如掛接到DeviceNet上的控制馬達的變頻器或軟啟動器，可直接通過觸摸屏或由PLC向設備發送命令、控制設備的運行，又可以從設備讀取數據、監視設備的狀態、操作方便。
ControlNet網絡支持主從通信、多主通信、對等通信及這些通信的任意通信的混合形式。對輸入數據和對等通信數據實行多信道廣播，通信形式可以組態選擇，應用靈活，并可以改進網絡的性能。在傳送對時間有苛刻要求的控制信息的同時，對其他無時間苛求的信息也能傳送。在每個網絡刷新周期內，對時間有苛求的信息是一定要傳輸的。這就保證了控制的實時性和可靠性，在AB公司的一些應用軟件上(如：Panelbuilder32)編輯Tag時，有scheduled和unscheduled兩個選項，可以對信息的傳送方式進行選擇。
4 通信模式
ControlNet網絡是基于開放網絡技術的一種新的“生產者/客戶”通信模式。它允許網絡上的所有節點，同時從單個的數據源存取相同的數據。基于這種生產者/客戶模式網絡的優點：①提高效率。數據源一旦發送數據，多個節點能夠同時接收數據，報文通過目錄來識別的。②精確的同步化。更多的設備能夠加到網絡上，但不需要增加網絡的通信量，并且所有節點的數據同時到達。
（1）傳統的源/目的網絡模式特點
①需要多個數據包傳送相同的信息到多臺設備；
②數據到達不同的目的地的時間不同；
③產生附加的網絡通信量，影響網絡性能；
④報文發送和對時間有苛求的I/O數據，需要使用不同的網絡。
（2）生產者/客戶網絡模式特點
①多個節點能夠從單個生產者(數據源)接收數據；
②節點能夠同步化(多信道廣播)；
③優化的帶寬潛力能用于增強系統功能；
④使用同一網絡進行編程和I/O信息傳送。
5 廈門卷煙廠膨脹煙絲生產線AB控制網的應用情況及其維護
廈門卷煙廠的控制網絡從運行到現在比較穩定。曾經出現過一次單網斷開的故障，由于有冗余雙網，對生產沒有造成影響。這次故障是由于誤操作把其中一個節點斷開所致。經過檢修，很快恢復正常。
廈門卷煙廠膨脹煙絲生產線的ControlNet網絡為總線型，網絡兩端各有一個中端電阻，傳輸介質為同軸電纜，電纜有五層屏蔽。采用同軸電纜使維護比較簡單。ControlNet采用的組態軟件是RSNETWORX，它能提供一個圖形化的網絡視圖(見圖2)，具有在線和離線組態網絡的能力。這個軟件是配置控制網和維護控制網必備的軟件。
圖2 廈門卷煙廠CO2膨脹煙絲生產線ControlNet網絡組態
當網絡出現故障時，首先觀察PLC部分1756-CNB網卡通訊燈，如發現A網和B網的通訊燈紅綠交替閃爍，則說明通訊異常，如果只有其中的B網故障，可直接將其斷開，這不影響網絡通訊和正常生產。將故障網斷開逐段檢查，直到查出斷點，如果硬件檢查不出問題，可啟動RSNETWORX，檢查網絡配置是否正確，如不正確，可用原有備份的網絡配置程序重新下載到PLC中，必要時可先進行修改再下載。
6 總結
總體上，ControlNet網絡是一種先進的網絡控制系統平臺，是規模龐大、擴容簡單、安全穩定、技術先進的PLC冗余控制網，能保證煙廠的連續生產和安全生產，完全可以滿足卷煙行業的需要。
【參考文獻】
[1]控制網網絡，羅克韋爾自動化有限公司，1.5版本，P4。
[2]ControlLogix DeviceNet,Scanner Module,Publication 1756-5.66-Novermber 1998.
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作者簡介：
佟強，1976年生，男，漢族，河北省秦皇島市，秦皇島煙草機械有限責任公司副主任工程師，主要從事自動化設計、調試和開發工作。
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