DP820

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一 引言DP820 

利用嵌入式技術,可以很容易地將以太網技術引入到工業測控領域,與現場總線分工合作，有機結合成為解決當前中、大型自控系統實時性和可靠性矛盾的主要途徑之一。

我們在濟南正昊化纖新材料有限公司滌綸短纖維后處理控制系統中使用新一代控制系統理念。采用ControlLogix系統，結合工業以太網和現場總線技術,進行系統集成,使得系統的可靠性、*性、開放性、易維護性及可擴展性大大提高。整個自動化控制過程嚴格按照滌綸短纖維后處理工藝流程進行，并有多級報警記錄，完成不同的過程控制，實現了管控一體化，優化和提高了系統控制的性能和效率。

二 控制系統的構成與配置

濟南正昊化纖新材料有限公司目前擁有兩條滌綸短纖維生產流水線，年產量為7萬噸。控制系統采用的是美國ROCKWELL公司的具有冗余功能的ControlLogix系統，每條生產流水線具有相同的硬件和軟件配置。其硬件結構及網絡配置如圖（一）所示：

系統下層由美國羅克韋爾公司的ControlLogix 5555 PLC、Flex I/O、1336-Force變頻器以及歐姆龍小型PLC組成。ControlLogix 5555 PLC與現場Flex I/O之間通過現場總線ControlNet連接；與1336-Force變頻器和歐姆龍小型PLC之間通過現場總線ControlNet和DeviceNet連接。DeviceNet與ControlLogix之間通過1788-CN2DN模塊連接，共同完成滌綸短纖維后處理的過程控制及現場參數的測量和控制任務。

系統上層采用三臺戴爾工控機作為監控站,其中一臺作為工程師站，兩臺作為操作員站。工程師通過工程師站完成網絡組態， 建立過程數據庫， 建立流程圖畫面， 編制各種報表， 設計控制程序等功能;操作人員通過操作員站完成對連續和非連續生產過程進行監視和控制，信號報警和報警打印， 趨勢打印和顯示， 日志和報表打印， 流程圖畫面顯示， 系統狀態顯示等功。每臺工控機上個安裝一塊1784-PCIC卡(把PC機連上由ControlLogix 5555 PLC與現場Flex I/O之間構成的ControlNet網絡),配以WINDOWS 2000 SERVER操作系統和美國羅克韋爾公司的RSView 32 為運行環境。系統軟件具有豐富的流程操作、監控、通信、報警、管理、趨勢記錄和診斷功能，完成滌綸短纖維后處理工藝流程控制和各種參數顯示。信息中心通過ETHERNET與工控機連接,實時采集滌綸短纖維后處理控制的各種參數和生成生產系統報表,實現生產監控和協調管理功能。

（1）、主控站

濟南化纖滌綸短纖維后處理的自動化控制系統主控站采用的是美國羅克韋爾公司的具有冗余功能的ControlLogix 系統。ControlLogix 系統具有開發性能好、可靠性高、診斷功能強、編程功能豐富等優點。按照工藝控制功能要求和分散控制的設計思想，每條生產線的主控制站系統有兩套硬件*相同的配置單元,其配置如圖（二）所示。

其中1756-PA72為電源模塊;1756-L55M13為處理器，該處理器具有很大的存儲容量(1.5M)和很強的運算功能, 能完成多種操作控制;通過以太網和現場總線ControlNet、DeviceNet網絡，實時接受上一級指令和對本單元機組內各控制系統實現協調控制。主控系統通過1756-SRM冗余模塊,完成系統的冗余功能;通過1756-CNBR通信模塊,連接ControlNet網絡.實時接收和發送ControlNet網絡上的信息.

（2）、現場Flex I/O

美國ROCKWELL 公司生產的Flex I/O 系列產品是一種靈活的、高性能價格比的適合于分布式應用的模塊化I/O系統.它可以提供那些由大型的、機架安裝的I/O系統所能提供的所有功能.通過Flex I/O,可以獨立地選擇I/O類型和網絡(Remoto I/O;Profibus-DP; ControlNet;ETHERNET/IP等)來滿足飲用的需要. 濟南正昊化纖新材料有限公司滌綸短纖維生產線中每條生產線配置六個現場Flex I/O (1-6)站. 現場的Flex I/O站是以點對點的接線連接到現場傳感器或現場儀表設備，完成實時數據采集或控制輸出。由主控站處理器通過ControlNet網絡下達的各種命令控制信息，以完成各種實際操作。現場Flex I/O (1-6)中,各單元分別由適配器模塊(1794-ACRN15);開關量輸入/輸出模塊(1794-IB16XOB16P;1794-IB16;1794-OB16);模擬量輸入/輸出模塊(1794-IE8,1794-OE8)和RTD模塊(1794-IR8)組成.以現場Flex I/O—2為例,其配置如圖（三）所示。

其中1794-ACRN15是一種適配器模塊,用于Flex I/O連接ControlNet網絡并與主控系統進行通信,傳遞各種信號和命令的通道。每個適配器可以驅動8個端子模塊,允許zui大點數:256點數字I/O，64點模擬I/O輸入，32點模擬I/O輸出。1794-IR8是RTD輸入模塊,它提供(16位)8路RTD輸入,能將現場鉑電阻信號直接轉換成數字量信號,大大提高控制的速度和精度.

（3）設備層DeviceNet現場總線系統

濟南正昊化纖新材料有限公司現場設備層采用現場總線DeviceNet，DeviceNet的特點有：減少安裝成本和硬件的費用;減少啟動時間; 開放的技術和有獨立的組織管理—ODVA.采用Producer/Consumer技術;同一電纜中包括動力線和信號線;移出、插入和替換設備無需斷電;在線組態網絡（初始化和運行時）;自動重新組態所替換的故障設備.
系統中現場總線DeviceNet主要用于1336-Force變頻器、歐姆龍PLC和主控系統之間的連接. 通過DeviceNet網絡接收和發送變頻器的上百個參數實時顯示和實時控制;同時保證歐姆龍PLC所采集的烘干、切斷和打包等現場單元所有數據實時傳送到上位機監控系統.通過DeviceNet網絡把采集的數據和相關的處理和控制信息通過ControlNet和以太網傳輸到管理層,實現了管控一體化.

(4) 動力單元

濟南正昊化纖新材料有限公司滌綸短纖維生產線中動力單元選用美國A-B公司1336 FORCE變頻器. 1336 FORCE變頻器在傳統交流變頻器的基礎上集成了高性能的馬達控制、數字通訊和*的動力結構。同時1336 FORCE變頻器提供非常簡單的參數設定和操作、罕見的靈活性和突出的控制功能。

1336 FORCE變頻器使用的IGBT（絕緣柵雙極型三極管）功率模塊和高級的控制算法，以提供任何速度下的平穩的性能、超常的轉矩，使電動機低噪聲、高效率的運行。

1336 FORCE變頻器具備基于DeviceNet現場總線接口外，zui大可連接64個 FORCE 逆變器、采用廣播方式進行通訊，提供標準參數的編程.有了此功能,充分保證同步控制的可靠性.

三、實時監控系統

濟南正昊新材料有限公司滌綸短纖維生產線的人機監控系統由位于主控室的兩套RSView 32計算機操作員站和一套RSView 32工程師站組成。操作員站和工程師站安裝WINDOWS 2000操作系統作為RSView 32運行平臺。監控系統通過工業以太網（ETHERNET）與ControlLogix 系統通信，實現實時監控。

監控系統由系統主畫面和100多幅子畫面組成，全面直觀反映了滌綸短纖維生產的全部過程。畫面之間的切換用鼠標簡單的擊點工藝畫面鍵或功能指示鍵即可,操作十分簡便。

（1）監控畫面及主要功能

主要功能畫面有：
反映設備狀態的生產準備畫面，反映網絡系統配置的示意圖，如系統硬件結構及網絡連接圖，監視操作站和PLC的工作狀態，并監視操作站與主控系統、現場Flex I/O和動力單元之間的通訊網狀態。

反映實時控制系統圖，如生產工藝流程圖;PID控制圖;同步控制系統圖等,直接顯示滌綸短纖維后處理過程中的所有工藝參數，PID調節中的各個參數及同步控制中各個參數。通過對這些參數的實時監控，保證了系統的穩定性同步控制的可靠性。

該監控系統具有很強的報警和數據管理功能。在滌綸短纖維后處理的過程中，各類工藝參數或設備發生異常時，除了他們所在的畫面會自動顯示出來，故障總表中會記錄故障發生的時間、來源和恢復的時間。便于及時找出故障原因并予以排除，提高了現場處理故障的能力。各類工藝參數或設備的數據根據用戶的需要可以實時保存在各個系統所對應的數據庫里，同時根據用戶的設定一個星期或一個月或一年或幾年數據庫更新一次。按照工藝的要求，實時或定時從數據庫里打印各種報表，如各班生產統計表、日生產量表、月生產量表和各種故障信息表。

（2）系統的安全策略

本系統的安全策略，利用WINDOWS 2000和RSView 32提供的雙重安全功能。WINDOWS 2000在企業網絡系統層面負責管理操作人員或系統管理員登錄，而RSView 32通過設置不同的安全級別在應用層面對用戶的操作權限進行控制，從而保證系統和正常操作，防止越權操作。為保證系統的安全可靠運行，監控系統提供操作員和工程師二種權限，以保證系統的安全機制。

四．結束語

本系統在濟南化纖新材料有限公司已穩定運行一年多,目前產品的合格率達98%以上，其中優等品占94%以上.運行結果表明由ControlLogix、FieldBus和工業以太網（ETHERNET）的結合而成的新一代控制系統能充分滿足化纖控制系統中高精度的同步控制要求，對化纖生產廠的安全運行、優化管理等方面起到了至關重要的作用。同時基于FCS及工控軟件（RSView 32）所組成的監控系統，具有*性、開放性、成本低等特點。它可將來自不同公司的不同類型產品無縫地組合成一體，并以一體化的網絡平臺技術為基礎，實現了安全、透明、經濟的需要。

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