基于DeviceNet总线的无尘纸生产线网络控制

2010-11-25 20:46:09来源: 互联网

1. 引言:

    无尘纸(又名膨化芯材)是一种高附加值的新型卫生用品。它具有卓越的高吸湿性、可靠锁水性、卫生安全性等优点,广泛应用于妇女卫生巾、成人尿失禁、婴儿纸尿裤等产品领域。

    由于DeviceNet设备网是基于生产者/客户网络模式,它使控制数据能够同时到达网上的各个站点单元,网络利用率高;它允许状态切换的报文发送,可以实现更快的响应,有效地减少了网络通讯量。周期性的报文发送,提供了更好的确定性;对等通信,允许数据和状态信息在设备间进行交换;这些优点都为更高的生产率提供了有力保障。

2. 无尘纸生产线的开放式网络控制结构:

    我公司无尘纸生产线全套从欧洲进口,是目前本行业内最先进的设备.其控制系统吸收了美国罗克韦尔公司的全方位自动化的理念,贯穿其Netlinx体系的各级网络。

    实现了从信息层(Ethernet)到控制层(ControlNet)和现场层(DeviceNet)的无缝连接。如图1所示.

    无尘纸要求较为严格的生产工艺条件,它属于一种干法造纸(Dry Forming)的过程。其基本工艺过程是:在恒温、恒湿、恒气压的环境中将粉碎的木浆、纤维、SAP、PE 粉末等原材料通过成型站均匀成型,再经过喷胶、加热/熔化、热压、冷却、分切、打卷等过程,制造出合格产品。

    我公司的生产线控制层共包括九台具有以太网功能的A-B PLC5(八台)和A-B SLC500(一台)可编程序控制器。它们分别控制:空调(Main Air condition)、原材料准备(Raw material preparation)、松卷机(Tissue Unwinder)、热油加热系统(Hot oil System)、过滤包装系统(Main Filter system)、主线控制系统(Main Line)、打卷系统(Reel)等九个工艺区域。

    其中六台PLC安装在位于厂房中部的马达控制中心MCC1房间的PLC控制柜内。各PLC的以太网接口都通过双绞线连接到PLC柜内的集线器(HUB)上。另三台PLC安装在设备现场的控制柜内,它们的以太网接口都通过光纤也连接到MCC1的集线器(HUB)上。

    五台装有RSview32软件的A-B 工业PC机安装在中控室内,它们的以太网接口都连接到中控室一个HUB上,再通过一根光纤也连接到PLC柜内的HUB上。该网通过HUB还与企业Intranet相连,这样一来,通过TCP/IP协议组成Ethernet网络,构成信息(管理)层。( 如下图2 所示:控制层和信息层网络示意图)

    各台可编程序控制器除挂接本地及远程I/O模块、Panel View人机界面等装置外,大多安装了DeviceNet扫描器(1771-SDN或1747-SDN),并通过DeviceNet通讯模块(1336-GM5,1203-GK5,1794-ADN等)下挂现场智能设备,如变频器,电机软起动器,Flex I/O,9000系列光电开关等组成DeviceNet设备网,实现了对现场级装置的有效控制。

3.DeviceNet 的功能及特点:

    DeviceNet 是基于CAN-BUS技术的一种现场总线,它是一种开放型的,符合IEC61158国际现场总线工业标准的通讯网络。

    DeviceNet 用于现场设备与PLC之间的通讯网络,传输速率可设定为125、250、500KPBS,传输最大距离为500米,最多节点(站点)为64个,允许在线组态和带电热插拔。

    DeviceNet支持主/从、多主、对等等通讯方式。用户的PLC可以利用控制程序及上位PC机的数据,通过DeviceNet网络实现对现场设备有效监控。

    DeviceNet 可以用罗克韦尔公司的RS Networx for DeviceNet 或DeviceNet Manager 软件进行网络组态和管理。

    DeviceNet网络结构简单,实时性强,它采用生产者/客户模式,提供了强有力的故障诊断与排除能力,是一种理想的设备层现场总线。

4.无尘纸生产线Devicenet 网络的物理构造。

    我公司DeviceNet网络以四台A-B PLC5-40E和一台SLC5/04为主机。PLC机本地机架上都安装了DeviceNet扫描器模块(A-B 1771-SDN或1747-SDN)。1771扫描器有两个通道,每个通道最多可以外接64个站(一般应接63个)。每个PLC利用本机网络扫描器通过DeviceNet通讯适配器 (1203-GK5,1336-GM5,1794-AND等)来下挂本控制区域的各台现场总线设备。这些站点主要包括:A-B 变频器(1336F,1336E,160SSC系列,)A-B电机软起动器(SMC 150系列) FLEX I/O(1794系列); ARMOR Block防护型I/O组件,9000系列光电开关等。

    典型的DeviceNet网络采用干线/支线物理结构形式。而我公司采用的是雏菊链(DaisyChain)的环行连接形式,利用Belden标准圆形五芯屏蔽通讯电缆将各个站点连接起来。( 如下图3所示,雏菊链的DeviceNet设备通讯网络;以变频器网络为例)

    由于我厂的设备分布比较分散,某些站点之间相距较远。尤其是一些现场站点,相距离超过100米。因此所有DeviceNet网络的传输速率都设定为125KBPS, 以确保通讯可靠。除了分布式I/O, 人机界面和传感器等站点位于生产现场外,一百余台变频器的DeviceNet网络系统分布在两个马达控制中心(MCC)室,这就实现了对电动机的集中控制,统一管理。( 如图4所示:MCC 室内DeviceNet变频器网络一角 注:图中黄色电缆是网络通讯缆)

    在DeviceNet各工作站之间,我们大都采用了敞开式分接口( 注:现场的一些站采用密封的T型分接口或密封连接口 ),将站与站之间的电源线、通讯线、屏蔽线分别地并联接在一起,组成雏菊链形式的物理拓扑结构。在首尾终端两站分别安装了终端电阻。(121Ω,1%,1/4W)

5 DeviceNet的组态软件及控制实现。

    利用设备网RS-232-C的PC接口适配人器(1770-KFD)或设备网PC卡(1784-PCD)可以实现PC机与PLC的设备网扫描器的通讯.

    DeviceNet的管理软件RS Networx for DeviceNet 是基于Windows平台的软件,利用它可以组态设备网并进行项目管理和网络故障诊断等。它支持A-B及第三方设备组态电子数据表(EDS)。

    DeviceNet规约定义了显式报文(Explicit Message)和I/O报文(I/O Message)两种不同性质的报文,两种报文可以同时在总线上传送。
组态过程中,首先应组态扫描器,设置扫描器与PLC之间的I/O地址界面,建立扫描器与各站适配器之间的通讯。

    组态网络上各个站时,先要定义各个站的地址(即站号)。站的地址可以不连续,但要与各站适配器DIP开关设定相一致。

    对于Flex I/O 或Armor Block I/O 等I/O类型的工作站,我们采用I/O报文(I/O Message)的形式,分配各站的输入和输出。I/O报文是周期传送的,具有较高的优先级,从而保证它的实时性。

    对于变频器、软起动器等设备类站点,我们采用显式报文(Explicit Message)的形式,分配PLC和各站之间发送/接收的字长;定义通讯方式和(我们定义为polled 方式,每个扫描周期);建立与PLC之间对应的“软”I/O关系。

    再利用PLC5的编程软件RSlogix5编制出块传送(BTR/BTW)命令,实现PLC对设备网上工作站I/O信息采集和控制。PLC控制程序就可以根据各站的工作状态向各站发出控制命令,以达到工艺要求。

    由于我公司的各PLC都连接到Ethernet上,网上中控制室内有Rsview32监控工作站。各显示器可显示出RS view不同工艺区域的监控界面。在中控室既可以控制全厂的设备,也可查看各站点的当前工作状态,人机界面非常友好。

6.DeviceNet 网络的使用体会。

(1)DeviceNet现场总线可以节省大量费用。

    从安装阶段来看,只通过一根通讯缆,就实现了对整个网上各站点供电及通讯,相对于点对点的控制方式,节省大量的电缆,桥架等。不但缩短了安装时间,而且降低了安装费用。

    从控制上来看:利用网络通讯及“软”I/O方式,也节约了I/O模块和大笔资金。

    如对变频器工作站,启动/停止,加速/减速等命令;电压、电流、温度等参数,都可从DeviceNet网络通讯实现,节约了I/O模块,尤其是模拟I/O模块,费用相当昂贵。

(2) 设备故障率大大降低,且诊断方便,排除迅速。

    DeviceNet由于仅用一条通讯电缆控制整个设备网络,使设备故障率大大降低;各站点通讯端子支持带电热插拔,若某一站点出现问题及故障排除,不影响网上其他站点正常工作。

    采用数据通讯方式来控制各站,不但极大减少了传统点对点方式的电缆数量,也使故障环节大大减少,系统稳定性进一步提高。

    通过设备网使MCC的集中控制的形式十分有效,极大方便了设备故障的诊断。例如对变频器的控制,由于采用MCC及网络控制方式,一百余台变频器仅有五种典型控制电路,便于记忆及故障查找。当某台变频器发生故障时,不但可以从总控室看到报警信息,还可以从网络扫描器或变频器的人机界面上获得报警信息,方便快捷。

(3) 系统监控更加方便、智能化。

    通过RSview监控界面方式,中控室可以随时访问和控制设备网上的一些站点,根据需要调整控制参数又;可以监控网上设备的工作状态,例如电机电流、温度等参数,以确保各设备正常工作。

7. DeviceNet网络的维护及故障处理体会:

(1) 通讯干扰问题

    我厂运转调试阶段曾经发生过某些站点的状态显示(控制室RSview人机界面)与其实际工作状态有时不相一致或控制命令执行不严格现象。经诊断及分析, 我们主要采取了以下措施。

1). 检查并紧固各终端电阻,防止信号反射。

    终端电阻是用来防止(降低)通讯信号反射。为检查终端电阻工作是否正常,可以在断电(只有在预防性维护或系统故障时才可以)的情况下,测量网上任何两个CAN-H(蓝色线)与 CAN-L(白色线)端子之间的电阻应在60Ω-70Ω左右即可(因我厂用的是菊花链结构)。

2).可靠连接DeviceNet网络的接地导线,消除外界噪音干扰。

    为防止环流,信号电缆的屏蔽线仅能在一端接地。接地点最好从最接近网络的物理中心站点处引出,以达到最佳效果,最大限度的消除噪音干扰.我厂的接地线是从PLC机架的扫描器站点引出的.

    接地方法为:将V-与Shield及Drain与PE可靠连接

    通过1),2)以上两种方法及定期PM检查就可确保网络通讯系统工作良好可靠。

    此外,为确保通讯可靠,网络布线时应注意以下情况:

1).为了避免通讯电缆受动力电缆干扰,通讯缆应单独布线。若通讯缆与动力缆共用线槽时,通讯缆应穿金属屏蔽管布线。
2)。站点之间相距较远或网络总距离较大时,应使用粗芯通讯电缆。

(2) 若某一站点的设备发生故障,而库存又没有同型号的备件更换,可能会造成麻烦。

    若设备某站点发生故障,库存有同型号的备件,换上同型号的备件后,该站即可正常工作。若换上不同型号的备件,则该网络扫描器检测到的该物理站点(EDS)与扫描列表(Scan list)不一致.扫描器就会有报警, 该站也无法正常工作。这时,你不得不重新组态一下扫描列表再下装到扫描器,此站才能正常工作,这是一个应该注意的问题。

8.结束语:

    无尘纸生产线由于采用了DeviceNet 现场总线控制技术,极大提高了控制系统的可靠性和实时性。利用现场总线技术进行生产线的自动化控制是一种理想的解决方案。现场总线技术的显著优点,决定着其广泛应用是控制领域的必然趋势。

关键字:DeviceNet  现场总线  无尘纸  网络

编辑:金海 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/gykz/2010/1125/article_3629.html
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