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    摘 要：本文介紹了Rockwell現場總線技術在切片回潮生產線電控系統中的應用，分別通過Devicenet網和Controlnet網完成了電控系統設備控制層、生產監控層的設計，并補充了生產管理層的相關信息采集和管理，實現與原管控一體化電控系統的良好對接。

　　關鍵詞：現場總線;切片回潮;Devicenet;Controlnet

　　前言

　　隨著打葉復烤技術的推廣應用，各卷煙廠制絲線和膨脹煙絲廠家的工藝都使用經打包醇化后的片煙為生產原料。作為其第一道處理工序，其處理的效果如何直接關系到工藝質量，因此其控制系統的先進程度至關重要。本文介紹的基于Rockwell AB Devicenet現場總線技術的膨脹煙絲線切片回潮控制系統，具有運行安全可靠，實時性強，易于擴展的特點，達到了國內外卷煙制絲控制系統的先進水平。現將其電控系統設計的思路列示如下：

　　1 工藝設備流程的控制范圍

　　切片回潮生產線工藝設備流程見圖1：原料（片煙）經101和102軌道式皮帶輸送機進入推板式垂直分切機，紅三刀四片切片后經104提升皮帶機進入105靜態電子皮帶秤稱重后通過106振動滑槽進入滾筒式葉片回潮機進行回潮處理，經108振槽和109水份儀檢測水分，通過提升皮帶機110A和110裙邊帶提升機上樓進貯葉柜，進入下一道工序的處理。

　　該切片回潮控制系統控制范圍包括自工位號101至109B。此段主要控制兩臺主機設備——推板式垂直切片機和直接回潮機，所控電機的類型和數量如下：單向直接啟動電機9臺、變頻調速控制電機2臺、雙向雙速控制電機1臺。

圖1 切片回潮生產線工藝設備流程圖

　　2 控制技術要求及實現功能

　　2.1納入管控一體化

　　本段控制系統企業要求與其原生產線管控一體化控制系統融為一體，其管控一體化控制系統結構如圖二所示。本主主要介紹管控系統該段的第一層和第二層設計。由于本文的主題和篇幅的關系對第三層和第四層就不再涉及。如圖2所示。

　　第一層是直接控制生產裝置運行的設備控制層，通常包括現場儀表和執行機構、FCS系統、PLC系統和其它形式的控制系統。這些系統這一層除完成一些常規控制外，還應賦予先進控制的智能，實現生產的優化運行。

　　第二層為集中監控層, 通常供生產操作人員使用，保證生產正常平穩運行。工廠的中央控制室中操作人員通過計算機向現場發出生產控制命令，同時在計算機屏幕上查看現場的實時生產數據[1]。

圖2 管控一體化電控系統結構圖

　　2.2實現功能

　　控制系統應具有兩種操作模式，即本地控制模式和中控室遠程監控模式。

　　2.2.1本地控制模式

　　體現在第一層的底層設備控制系統，要求具有按工藝要求自動順序啟/停、聲光報警、故障診斷、聯鎖、模擬工藝流程狀況顯示等功能。對電機提供過熱、過流、缺相保護功能。控制系統以自動控制為主，并備有手動控制功能，兩者之間可進行轉換。

　　①自動控制：本控制系統在自動方式下實現對各設備的自動控制，包括電機啟停、執行機構的動作等，滿足生產工藝的要求。各設備在啟動時按照物料流動的方向逆序啟動。相鄰設備之間在啟動時應設置延時時間（具體時間依工藝情況而定），以防堵料。帶有測控元件的設備其動作次序按照生產工藝確定。

　　②手動控制：本控制系統在手動方式下通過本地組合開關實現對各單機設備電機的現場手動控制，包括雙向電機的正反向換向。

　　③緊急停止：本控制系統具有緊急停止功能，在各工藝段關鍵位置設置有明顯標記的緊急停止按鈕。當按下按鈕后，該段內所控制的設備必須全部停止運行，并切斷動力電源。解除緊急情況后，系統需重新啟動方可重新工作。

　　④電機控制柜組操作面板：分別用于監視相應控制段的工藝流程、設備狀況、工藝參數及故障指示等，并可對本段設備進行啟/停、手動/自動切換操作，以及根據授權對工藝參數進行設定等。

　　⑤保護功能：系統對電機提供過熱、過流、缺相保護功能。

　　2.2.2中控室遠程監控模式

　　體現在第二層的集中監控層，也以自動控制為主，并備有手動控制功能，兩者之間可進行轉換。中控和本地切換鈕設在中控室，常規模式打在中控狀態，在中控室對全線進行集中操作和監控，在該運行模式時現場不進行操作，這樣一是保證了安全，防止多頭操作，二是現場只設少量巡視人員，減少了人員配備，降低了企業的人工成本。只有在特殊情況如調試和檢修時打在本地操作狀態。

　　3 系統結構和構成

　　3.1系統結構

　　該部分電控系統由設備控制層、集中監控層組成，兩個功能層主要通過Devicenet和Controlnet網絡連接，實行了信息集成，方便了與生產管理系統的連接。形成了分段控制、集中監控及管理的一體化系統。見附圖3。

　　3.2系統構成

　　3.2.1底層控制系統

　　采用現場總線控制模式和主站-本地操作箱結構，總線采用A-B公司DeviceNet。相對于其余的現場總線來講，DeviceNet總線的抗干擾能力要更好，網絡配置更簡易。一組電控柜組放置現場，其中電機柜采用A-B公司的母線結構形式。

　　①主站

　　采用A-B公司SLC504可編程序控制器（由于其處理能力較強，盡管該段控制設備較多，但一個SLC504已經足夠，用Controllogix5000系列就有點不是太經濟了）。本地操作箱為分布在現場設備上的分布式Flex I/O。現場設備上的分布式Flex I/O本地操作箱連接現場設備上的各種傳感器、執行器（包括現場本地組合開關）。在控制柜門上安裝手自動、集控工作方式旋鈕及自動啟動和停止按鈕。

　　②子站

　　操作面板采用A-B公司的PanelView（14’顯示器，具有觸摸屏），監視、控制本工藝段工況。只有在上位監控機授權下，才能對本段進行控制和參數設定。操作面板通過現場總線DeviceNet和主站通訊。柜內變頻器也直接上DEVICENET網，經SDN模塊與CPU聯網。

　　現場設四個本地操作箱，分別是切片機前部備料皮帶側一組，分切機機體兩組，回潮筒側一組、出料一組。垂直分切機上沒有模擬量，只有數字量，由于垂直分切機動作復雜，光電管、接近開關、限位開關等等，數量較多，加上旋轉編碼器等元器件，故在制絲線中，垂直分切機是數字量最多的設備之一。葉片回潮機的作用是使切好的煙片增加適當的水份和溫度，屬模擬量控制，經PLC計算得出相應輸出，通過Flex I/O模塊輸出4-20mA信號控制執行器件，以控制熱風和出口物料水分，也屬于關鍵主控設備。

　　本地組合開關、緊急停機開關和分布式Flex I/O安裝在本地操作箱，作為本地操作箱就近放置在被控設備上。Flex I/O上DEVICENET網，水份儀上DeviceNet。水份儀信號、電磁流量計、溫度變換器、流量控制器等模擬量測控元件，由相應的本地操作箱負責信號采集和輸出。信號傳輸方式為4-20mA。

圖3 系統結構圖

　　3.2.2集中監控層

　　集中于中央控制室內，主站SLC504 PLC通過機架插槽上的控制網模塊，通過同軸電纜上中控室內AB公司的Controlnet控制主網，[2]通過Controlnet網實現切片回潮段與原控制系統的連接和通信。ControlNet是基于生產者/消費者（Producer/Consumer）模式的網絡，允許在同一鏈路上有多個主控制器共存，支持輸入數據或點對點信息的多路發送，大大減少了網絡上的交通量，提高了網絡效率和網絡性能，是高度確定性、可重復的網絡。

　　工控組態軟件產品Rsview，監控機采用HP工作站，SLC504、原ControlLogix5550與監控機、工程師工作站通過controlnet通信。切片回潮段現場設備控制子系統受相應的上位監控機監視和控制，接受中控室工程師站或本地現場工程師站對其PLC程序在線讀寫、維護。

　　集中監控系統與生產管理系統通過Ethernet網絡連接。實現切片回潮段與生產管理系統和公司信息管理網的連接和通信。

　　3.3軟件

　　3.3.1 DeviceNet網組態

　　在底層設備控制網絡的硬件連接后，還需要對DeviceNet進行組態。通過Rockwell RSNetworx for DeviceNet來實現的。通過該軟件，用戶可以通過生成和管理項目，方便地檢查網上設備活動情況、指定具體設備的數據存取方式和與控制器所屬掃描設備間的數據映射關系，設備的增刪與更改，調節設備的可控制參數等[3]。如圖4所示。

圖4 RSNetworx for DeviceNet界面

　　3.3.2 SLC504的編程

　　本段主要是分切機及回潮機的動作和指標控制，控制比較復雜，程序由于篇幅和主題關系在此就不細細闡述了。只以圖5列出用SLC504編輯的邏輯示意圖。

圖5 編程軟件RSlogic500程序界面

　　3.2.3 Panelview本地操作屆面

　　本系統使用的PanelView為Rockwell的PanelView 1400E，使用的軟件是相應的PanelBuilder，在進行相關的硬件連接和地址配置后，編輯標簽和故障觸發條件并進行繪圖，然后將生成的＊.Pba文件下傳即可。圖6為分切機的本地操作畫面。

圖6 編程軟件PanelBuilder生成的分切機本地操作畫面

　　3.2.4 Controlnet網組態

　　在SLC504與Controlnet硬件連接后，還需要對Controlnet網絡通訊重新進行組態。這是通過Rockwell RSNetworx for ControlNet來實現的。使用RSNetworx for ControlNet軟件，用戶可以非常直觀的配置ControlNet，進行合適的組態。對于ControlNet的各種網絡信息，如網絡刷新時間、最大預定義數據傳送的結點地址號，都可以通過RSNetworx來重新配置。然后將配置文件下載到PLC中去即可由它作為ControlNet的Keeper，管理網絡。[4]如圖7所示。

圖7 RSNetworx for Controlnett界面

　　3.2.5 Rsview32中控操作屆面

　　中控操作界面設計通常組態軟件來實現。作為組態軟件，Rockwell RSView32提供了強大的數據監控能力，方便用戶進行上位機的畫面組態。如圖8切片段中控操作屆面。

圖8 編程軟件RSview32編輯的中控操作界面

　　3.2.6 Rssql軟件

　　Rockwell的RSSQL軟件是一種把現場設備的數據與企業的數據庫相連接的中間橋梁。通過將該部分電控系統數據整合進中控室生產管理層，主要是DDE和ODBC的應用（略），減少了信息孤島。

　　4 該線電控系統設計特點

　　4.1設備控制層：采用AB公司分步式現場總線，形成了從測控設備到操作控制計算機的數字通信網絡，適應了網絡發展的要求，除具有與傳統的集散控制系統相比的常規優點外，還具有如下特點：各從站（包括變頻器、水份儀等）的參數總線可以從RSNetWorx配置并下載，從這一點也體現了一個DeviceNet現場總線的一個特點，設計人員可以通過總線上載、配置、下載從站的參數，這對于調試是很有用的。特別對于象變頻器、水份儀這樣有大量參數的復雜設備，利用這一功能就可以省去了在操作面板上的參數輸入過程，在中控室可進行參數配置，實現對包括變頻器等設備的生動操作。另應該說在全國來講較早實現水份儀上DeviceNet網。

　　4.2通過將該部分電控系統整合進集中監控層，實現與原有控制模式的完美對接。且集中監控層設備與設備控制層主站、生產管理層設備統一放在中控室內，監控畫面豐富、設備信息采集全面，方便生產人員操作和實時監控，且方便了維護。

　　4.3通過將該部分電控系統數據整合進中控室生產管理層，減少了信息孤島，豐富了監控信息和管理數據，電控系統運行穩定，工藝質量控制達標效果好，產生了良好的經濟和社會效益，這樣既展示良好的企業形象、又方便了管理。

　　參考文獻：

　　[1]陽憲惠.現場總線技術及其應用.北京：請華大學出版社，2000.

　　[2]羅克韋爾.ABSLC500用戶手冊.2003.

　　[3]羅克韋爾.ABDevicenet用戶手冊.2004.

　　[4]羅克韋爾.ABControlnet用戶手冊.2004.