摘要：本文闡述了石油管生產(chǎn)線的控制系統(tǒng)，詳細介紹了羅克韋爾自動化的硬件、軟件和網(wǎng)絡產(chǎn)品在鋼鐵企業(yè)的應用。 關鍵詞：羅克韋爾自動化 PLC LOGIX COTROLNET DEVICENET 一、概述 華菱衡陽鋼管廠石油管生產(chǎn)線是華菱衡陽鋼管廠為適應市場需求新投資建設的一條生產(chǎn)線。生產(chǎn)線主要由加厚修磨線、熱處理線以及水處理等組成。 該生產(chǎn)廣泛地應用了羅克韋爾自動化A-B品牌的產(chǎn)品和技術，包括1397DC Drive直流傳動、1336 Plus II 交流傳動、ControlLogix系統(tǒng)、ProcessLogix系統(tǒng)、ControlNet、DeviceNet、EtherNet 。此項目為羅克韋爾自動化集成架構策略一次較為全面、典型的應用。 二、設備 加厚修磨包括運輸輥道、液壓站、加厚機以及修磨等組成，使用ControlLogix與Flex I/O共有9個站點、1 臺1397 DC Drive直流傳動和3 臺1336 Plus II交流變頻器。 熱處理包括運輸輥道、液壓站、回火爐、淬火爐、高壓水除磷、水泵站、矯直機、探傷、DCS系統(tǒng)，使用ControlLogix與Flex I/O共有22個站點、DCS采集系統(tǒng)、2臺1397 DC Drive直流傳動和36 臺1336 Plus II交流變頻器。 ControlLogix系統(tǒng)，采用Logix5550處理器，是32位的總線控制器，其控制能力可達280000個數(shù)字量/4000個模擬量，不僅能組態(tài)本地框架的輸入模塊，還能組態(tài)控制網(wǎng)上其他遠程ControlNet的輸入輸出模塊，支持熱插拔。 水處理采用的FlexLogix系統(tǒng)，其使用與ControlLogix系統(tǒng)同樣的組態(tài)編程軟件，支持ControlNet、DeviceNet、EtherNet網(wǎng)絡。 ProcessLogix系統(tǒng)包括一個工程師站，兩個操作人員工作站；ProcessLogix系統(tǒng)使用一天服務器和兩個操作人員工作站，用來對系統(tǒng)進行維護和監(jiān)控。 三、軟件 工程師站使用RSLogix5000、RSLinx、RSNetWorx for ControlNet、RSNetWorx for DeviceNet，操作人員工作站使用上位監(jiān)控軟件RSView32與RSLinx。 ProcessLogix系統(tǒng)服務器安裝設置：Windows NT4 for Engling SP6、RSLinx、ProcessLogix R320.0；操作員站安裝設置：Windows NT4 for SP6、ProcessLogix R320.0。 四、網(wǎng)絡 隨著自動化控制設備、工業(yè)控制網(wǎng)絡一級計算機技術的發(fā)展，越來越多的工廠自動化系統(tǒng)采用設備總線、分布式控制、集中信息管理的系統(tǒng)結構。這種結構極大的降低了工程投資，有效地增強了系統(tǒng)的開發(fā)性、可維護性，縮短了設計開發(fā)的周期，從而獲得了廣泛的應用。羅克韋爾自動化的ControlLogix 可編程控制器、ControlNet、DeviceNet 等網(wǎng)絡技術就是順應這種發(fā)展方向開發(fā)的產(chǎn)品。 用通訊網(wǎng)絡代替以往的硬電纜連接，在國內(nèi)很多時候被認為不好維護的方式。因為一旦發(fā)生故障，常規(guī)工人會不知如何下手，而要求電氣維護人員具備的不僅是常規(guī)電氣知識，還必須具有自動化知識和網(wǎng)絡知識。 但網(wǎng)絡的優(yōu)點是無可比擬的，系統(tǒng)越大越體現(xiàn)出網(wǎng)絡的優(yōu)勢： 1．設計簡單，減少設計時間和設計出錯的可能性； 2．減少現(xiàn)場控制柜之間的控制電纜數(shù)量，使施工變得簡單； 3．減少了柜間控制電纜的校對工作，使調(diào)試過程大大縮短； 4．維護極為方便。 正因為如此，所以減少了投資的三個要素：勞動成本（減少50%），材料成本（減少15%），時間成本（減少50%）。從而節(jié)省了成本，獲得高效益： 設計（減少20%）―→硬件（減少15%）―→軟件（減少20%）―→驗收（減少＞50%）―→維護 （減少＞50%）。 DeviceNet連接1397 DC Drive直流傳動和1336 Plus II交流變頻器等現(xiàn)場設備，其傳輸速率為125—500Kbps，傳輸最大距離500m，每段節(jié)點數(shù)為64，允許在線熱插拔。DeviceNet支持主從、多主和對等通訊，用戶應用程序和PC數(shù)據(jù)可以通過DeviceNet實現(xiàn)設備的有效控制，并且網(wǎng)絡具有24VDC電源，以此可以省去連接每一臺設備的獨立供電電源。DeviceNet使用RSNetWorx for DeviceNet軟件對網(wǎng)絡管理和組態(tài)。DeviceNet網(wǎng)絡結構簡單，實時性強，通訊簡單，即插即用，是一種理想的設備層現(xiàn)場總線網(wǎng)絡，用以實現(xiàn)低成本，高性能的網(wǎng)絡互連。 ControlNet連接主控設備ControlLogix或ProcessLogix，F(xiàn)lex I/O以及工程師站和操作人員工作站等。ControlNet是一個開放的高速的確定網(wǎng)絡，它用于傳輸對時間有苛刻要求的信息，通訊速度為5Mbps，提供實時的對等的通訊服務。ControlNet融合了現(xiàn)有遠程I/O和DH+網(wǎng)的性能，對于離散和連續(xù)過程控制應用均具有確定性和可重復性功能，用戶可自設定網(wǎng)絡交換時間達毫秒級，從而大大改善了網(wǎng)絡控制的實時性和快速性，采用生產(chǎn)者/客戶方式，將傳動網(wǎng)絡針對不同站點需要多次發(fā)送改為一次發(fā)送多點共享，減少網(wǎng)絡發(fā)送次數(shù)，從而使網(wǎng)絡實時高效。 ControlNet網(wǎng)絡中的I/O，無論CPU框架還是遠程擴展框架均通過通訊模塊掛在ControlNet網(wǎng)上，然后由軟件管理其歸屬，從而使網(wǎng)絡擴展和走線十分靈活。 EtherNet 在此用來連接ProcessLogix系統(tǒng)服務器與操作員站。 EtherNet 作為信息層網(wǎng)絡，同樣可以實現(xiàn)與ControlNet互連，用戶通過工廠EtherNet網(wǎng)絡對系統(tǒng)進行維護，真正地實現(xiàn)系統(tǒng)管控、信息一體化。 羅克韋爾自動化網(wǎng)絡從結構上看，一個典型的控制系統(tǒng)由三層網(wǎng)絡組成，即信息層、控制層和設備層。但各層之間可靈活運用：在設備層的DeviceNet除連接現(xiàn)場設備外同時還可以是I/O，同樣在ControlNet同時也可以是現(xiàn)場設備，ControlNet網(wǎng)也可以用EtherNet來實現(xiàn)。 五、調(diào)試、問題和解決 由于此系統(tǒng)站點數(shù)以及I/O量較大，我們采用分段的方法，將整個系統(tǒng)按工藝區(qū)分兩部分調(diào)試。每工藝區(qū)有由中控室往外站點逐一連通，分站點調(diào)試。ProcessLogix部分先調(diào)試服務器，然后調(diào)試工作站，ControlNet調(diào)試完成后調(diào)試DeviceNet。 調(diào)試過程中問題是難免的，主要有ControlLogix、網(wǎng)絡以及ProcessLogix方面的問題。 ControlLogix及網(wǎng)絡方面表現(xiàn)在以下幾點： 1．連接數(shù)的問題和解決 ControlLogix系統(tǒng)的控制能力雖然可達280000個數(shù)字量/4000個模擬量，以及ControlNet網(wǎng)絡每段能達到99個節(jié)點。但在使用規(guī)劃時，還有一個重要的參數(shù)——連接數(shù)，我們在調(diào)試過程中隨著站點的增加出現(xiàn)了網(wǎng)絡不通，就控制器的處理能力以及網(wǎng)絡的節(jié)點數(shù)來說遠遠沒達到，原因就是超出了控制器連接數(shù)。 在ControlLogix系統(tǒng)中連接可以是： 控制器到本地I/O模塊或者本地通訊模塊； 控制器到遠程I/O模塊或者遠程通訊模塊； 生產(chǎn)者和客戶標簽 通訊 由于在RSLogix5000里對I/O模塊組態(tài)時采用的是I/O模塊直接連接，致使每個數(shù)字I/O模塊的占用一個連接，使得連接數(shù)超出。當重做I/O模塊組態(tài)采用機架優(yōu)化連接，這樣一來I/O模塊的連接壓縮到了一個機架優(yōu)化連接內(nèi)，節(jié)省了連接數(shù)量和帶寬。 2．NUT、RPI、帶寬 NUT（Network Update Time）、RPI（Requested Packet Interval）這兩個參數(shù)在網(wǎng)絡中常常影響到網(wǎng)絡的帶寬，使得網(wǎng)絡不暢通或效率不高。在理論上來說當帶寬在60%～70%網(wǎng)絡效率較高，當帶寬不夠時就應該減少NUT與RPI時間。另外NUT，RPI之間按一定的關系來確定數(shù)值，也能提高網(wǎng)絡效率減少帶寬，即RPI=2nNUT。 3．安裝 除了軟件設置，安裝不合格同樣會引起很多問題。 敷設ControlNet網(wǎng)絡的RG6電纜保護要做好。電纜破損，分支器進水以及BNC頭做得不好都將影響網(wǎng)絡的暢通。在網(wǎng)線敷設好后，分支器不聯(lián)入節(jié)點，裝上終端電阻，測量分支器聯(lián)入節(jié)點的BNC芯線與外層電阻應在37.5 ～43Ω之間，小于37.5則有短路現(xiàn)象，過大則接觸不好。BNC頭的制作建議使用1786-CTK專用工具制作，在工具箱內(nèi)光盤中有制作的全過程的影像文件。 DeviceNet 網(wǎng)絡采用的五芯屏蔽電纜，注意不要接錯，另外當電纜接入分接器時，線頭如不燙錫或不使用接線鼻，很容易斷線引起網(wǎng)絡不通，所以要特別注意。 Flex I/O中經(jīng)常有能掃描到站點而掃描不到模塊或個別模塊的現(xiàn)象，這主要是由于使用的安裝軌道不平整或質(zhì)量不高，以至于模塊底座安裝不穩(wěn)，底座之間聯(lián)接不可靠引起。拆下模塊重新安裝到位即可。建議使用質(zhì)量高不易變形的安裝導軌安裝Flex I/O。 4．接地 系統(tǒng)接地的可靠性大家一般不會忽略，但計算機的接地往往會忽略。當計算機連接于ControlNet時，如果計算機接地不好，很容易損壞與其連接的CNB模塊。 5．ProcessLogix ProcessLogix系統(tǒng)關鍵是軟件的安裝，由于ProcessLogix R320.0 軟件在很多地方與Windows NT4 系統(tǒng)相關聯(lián)，所以建議從Windows NT4系統(tǒng)安裝開始就照著手冊一步一步安裝，否則可能會出現(xiàn)不可預見的問題。當然，如果對Windows NT4熟悉也不會有大問題。 六、總結 在ControlLogix系統(tǒng)要注意：先規(guī)劃，再實施；調(diào)試中注意連接數(shù)、NUT、RPI、帶寬以及安裝，系統(tǒng)就可以順利地開通。 參考文獻： [1] LOgix5550用戶手冊 [2] LOgix5550指令集 [3] 1336 PLUS II 用戶手冊 [4] RSView32用戶手冊 [5] 控制網(wǎng)（ControlNet）網(wǎng)絡系統(tǒng)概貌 作者簡介： 姚藝，湖南人，現(xiàn)年31歲。目前就職于湖南省冶金科技工貿(mào)公司，從1997年開始接觸并使用羅克韋爾自動化產(chǎn)品。多次參加羅克韋爾自動化舉辦的產(chǎn)品培訓班，對羅克韋爾自動化的硬件、軟件和網(wǎng)絡產(chǎn)品有著比較詳盡的認識和理解，曾經(jīng)參加過許多大型項目的設計和調(diào)試，現(xiàn)場經(jīng)驗豐富。