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傳統的PLC實(shí)行集中控制，所有的電纜都必須連接至PLC控制柜，布線(xiàn)和接線(xiàn)相當繁瑣。變頻器本身有動(dòng)力線(xiàn)和控制線(xiàn)，在大型生產(chǎn)線(xiàn)中應用較多，如遇大規模的改造，其重新布線(xiàn)的工程量和費用較多。AB Devicenet總線(xiàn)控制系統具有設計方便、結構靈活、安裝簡(jiǎn)便的特點(diǎn)，省去了大量的柜間聯(lián)線(xiàn)，減少了安裝費用。編程軟件和組態(tài)軟件具有在線(xiàn)故障診斷功能，使調試和維護更方便。本文主要論述AB 1336 PLUS Ⅱ變頻器在Green公司CO2膨脹煙絲配套生產(chǎn)線(xiàn)基于A(yíng)B Devicenet總線(xiàn)控制系統中的具體應用。 1 現場(chǎng)總線(xiàn)概述 近年來(lái)，隨著(zhù)控制技術(shù)、計算機技術(shù)和網(wǎng)絡(luò )技術(shù)的快速發(fā)展，測控技術(shù)、計算機控制和通信領(lǐng)域的結合應用已經(jīng)成為大勢所趨。工業(yè)自動(dòng)化目前正朝現場(chǎng)總線(xiàn)控制系統方向發(fā)展�；诂F場(chǎng)總線(xiàn)的控制系統（FCS）成為新一代的工業(yè)控制系統，將逐步取代傳統的DCS，這是技術(shù)發(fā)展的必然要求。 現場(chǎng)總線(xiàn)（field bus）是用于最終控制設備與上層自動(dòng)化控制設備之間的雙向串行通信鏈絡(luò )，采用可進(jìn)行簡(jiǎn)單連接的雙絞線(xiàn)等作為總線(xiàn)，具有結構簡(jiǎn)單，執行協(xié)議直觀(guān)，價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)性能又能令人滿(mǎn)意。同時(shí)并按公開(kāi)、規范的通信協(xié)議，在位于現場(chǎng)的多個(gè)微機化測量控制設備之間及現場(chǎng)儀表與遠程監控計算機之間，實(shí)現數據傳輸與信息交換，形成各種適應實(shí)際需要的自動(dòng)控制系統。 Devicenet是一種低成本的基于CAN（Controller Area Network）通訊總線(xiàn)，用于連接工業(yè)設備與網(wǎng)絡(luò )的現場(chǎng)總線(xiàn)，其特點(diǎn)是低成本、開(kāi)發(fā)容易、支持的廠(chǎng)家多，并且不需要昂貴的連接線(xiàn)路。由美國羅克韋爾公司支持的DeviceNet是IEC62026標準之一，網(wǎng)絡(luò )介質(zhì)可采用五線(xiàn)制電纜，它包括了二條信號線(xiàn)，二條24V電源線(xiàn)和一條屏蔽線(xiàn)。DeviceNet設備可以從網(wǎng)絡(luò )上直接獲得電源，并能在線(xiàn)地從網(wǎng)絡(luò )上連接和切下設備。網(wǎng)絡(luò )提供的電源為8安培，還可以增加冗余的電源。 2 案例廠(chǎng)家的電控方案 該生產(chǎn)線(xiàn)工藝流程復雜，系統設備控制較多，分布在三層工房?jì)�，控制點(diǎn)多且位置分散。廠(chǎng)家為避免傳統控制系統需敷設大量電纜，給設計、施工、調試和維護帶來(lái)很大麻煩的缺點(diǎn)，經(jīng)綜合考慮采用采用基于設備控制層、集中監控層和生產(chǎn)管理層的三層管控一體化電控系統： 其設備控制層為AB的Devicenet網(wǎng)，主要控制底層設備； 集中監控層主站SLC504 PLC通過(guò)機架插槽上的控制網(wǎng)模塊，通過(guò)同軸電纜上與Contrologix5550 PLC以及監控機等上AB的Controlnet控制主網(wǎng)； 生產(chǎn)管理層與集中監控系統通過(guò)Ethernet網(wǎng)絡(luò )連接，兩臺監控機工作站、服務(wù)器、數據處理機、工程師站、質(zhì)檢室工作站及打印機，均建立在同一個(gè)工業(yè)以太網(wǎng)上,與底層的設備控制層共同構成三級管控一體化控制系統。 3 變頻器上Devicenet網(wǎng)的討論 該系統把集中監控系統、生產(chǎn)管理系統及設備控制層主站PLC集中于中央控制室內。設備控制系統設電控柜組及分布式I/O現場(chǎng)操作箱，負責直接控制現場(chǎng)設備及信息交換�，F場(chǎng)控制系統主站PLC一是采用AB公司的Controllogix5550，其上配置一塊Controlnet網(wǎng)卡、三塊Devicenet網(wǎng)卡和一塊DH+網(wǎng)卡。另一主站SLC504通過(guò)1756-CNBR模塊上Controlnet網(wǎng)進(jìn)行通信。電控柜組及現場(chǎng)操作箱均通過(guò)FlexI/O接入Devicenet網(wǎng)。在電控柜組上設置Panelview1400作為現場(chǎng)操作界面，Panelview1400具備Devicenet接口適配器，與Devicenet網(wǎng)連接。 從以上配置來(lái)看，采用 Devicenet總線(xiàn)利于發(fā)揮其低成本、二次開(kāi)發(fā)容易的特點(diǎn)，并且不需要昂貴的連接線(xiàn)路。若變頻器不上總線(xiàn)，按原控制模式放在本地，如通過(guò)PLC輸入輸出模塊接聯(lián)接線(xiàn)則還有線(xiàn)纜較多的毛��；如將控制線(xiàn)接入本地子站則浪費I/O點(diǎn)，增加了I/O的模塊數，浪費投資。若變頻器上總線(xiàn)則需要投入一部分接口卡1203-GK5的投資，但可通過(guò)總線(xiàn)實(shí)現控制節省了I/O點(diǎn)，也能充分利用已計劃投入的 DeviceNet器件接口和費用，特別是能實(shí)現遠程控制，包括本地和中控模式的手自動(dòng)設置和頻率的設置，自動(dòng)化程度高，且變頻器放在控制柜內一是可方便維護，二上可降低保護等級和費用。 經(jīng)以上討論和權衡，廠(chǎng)家決定變頻器上Devicenet網(wǎng)。 4 解決方案 4.1軟硬件配置 序號 名稱(chēng) 型 號 1 設備網(wǎng)通訊模塊 1203-GK5 2 變頻器 1336F-BRF20-AA-EN-L4 (1.5KW)8臺 3 變頻器 1336F-BRF30-AA-EN-L4 (2.2KW)16臺 4 手持操作器 1201-HA2 5 手持操作器連接電纜 1202-H30 6 安裝支座 1201-DMA 7 連接電纜 1202-C10（1米） 8 Devicenet網(wǎng)組態(tài)軟件 RSNetWorx for DeviceNet（原有） 9 人機界面軟件 RSView32（原有） 4.2 1336PlusII變頻器建立通訊的方法 1336 PLUS II變頻器通過(guò)網(wǎng)卡1203-GK5接入Devicenet網(wǎng)絡(luò )，并經(jīng)PLC 基架中的1756-DNB模板連接，與PLC ControlLogix5550通訊，實(shí)現對電機的控制，可讀取變頻器狀態(tài)字、運行頻率、變頻器溫度及電機電流等大量過(guò)程參數,見(jiàn)附圖1。 圖1 系統結構圖 RSView 32人機界面軟件，不直接和底層設備進(jìn)行通訊，而是通過(guò)PLC作為數據傳輸接口，即通過(guò)controlnet控制網(wǎng)絡(luò )與PLC進(jìn)行通訊，PLC再通過(guò)1756-DNB模板、Devicenet網(wǎng)絡(luò )及網(wǎng)卡1203-GK5作為數據傳輸載體與1336 PLUS II變頻器通訊。 如此使RSView32能夠方便、快捷與變頻器進(jìn)行數據傳送，只需在控制室監控機上遠程更改參數即可。1336 Plus II變頻器通過(guò)Devicenet網(wǎng)絡(luò )得到了智能化控制，達到遠程控制目的。 4.3 1336PlusII變頻器的底層控制的路徑 4.3.1 網(wǎng)卡1203-GK5接入 該模塊用于連接設備網(wǎng)和帶有SCANport接口的設備，如圖2所示�？刂破骶钟蚓W(wǎng)絡(luò )CAN是一種流行的、可靠的接口技術(shù)。A-B公司開(kāi)發(fā)的SCANport接口正是基于CAN接口標準下開(kāi)發(fā)研制的，作為變頻器和其他網(wǎng)絡(luò )設備的通訊接口。通過(guò)SCANport接口，A-B公司的變頻器可以連接在設備網(wǎng)上，并作為設備網(wǎng)上的一個(gè)節點(diǎn)，和網(wǎng)絡(luò )上的其他設備進(jìn)行組態(tài)通訊。 圖2 1203-GK5外觀(guān)示意圖 該模塊背板上有兩排DIP開(kāi)關(guān)，用于設置節點(diǎn)號、波特率、數據通道等，如圖3所示。在1203-GK5上DIP開(kāi)關(guān)SW1出廠(chǎng)設置值為： SW1-1=0，SW1-2=0，SW1-3=0，SW1-4=0，SW1-5=0，SW1-6=0，SW1-7=0，SW1-8=0�，F場(chǎng)DIP開(kāi)關(guān)SW1值就是采用出廠(chǎng)設置值，如圖3所示。DIP開(kāi)關(guān)SW2組DIP撥碼1-6用來(lái)設定地址，出廠(chǎng)默認值為63，按二進(jìn)制計算。SW2-1～SW2-6設定設備網(wǎng)節點(diǎn)地址，出廠(chǎng)設置節點(diǎn)地址為111111（2），63（D），按SW2-6，SW2-5，SW2-4…SW2-1由大到小順序排列，節點(diǎn)地址范圍為0～63。具體節點(diǎn)地址可根據編程需要設定。SW2-7～SW2-8設定數據傳輸速率，出廠(chǎng)設置數據傳輸速率為125K。我們采用的保持125K不變。 圖3 1203-GK5背板開(kāi)關(guān)示意圖 圖4 1203-GK5背板DIP開(kāi)關(guān)SW1設置示意圖 用Devicenet網(wǎng)線(xiàn)的連接方法：按顏色連接，網(wǎng)線(xiàn)的5根線(xiàn)說(shuō)明：V+（紅線(xiàn)）、CANH（白線(xiàn)）、SHIELD（亮線(xiàn)）、CANL（藍線(xiàn)）、V-（黑線(xiàn)）；在V+（紅線(xiàn)）、V-（黑線(xiàn)）上外接24VDC電源（柜內已有）；使用網(wǎng)卡1203-GK5時(shí)選擇ADAPTER 2；各項參數可以使用硬件DIP開(kāi)關(guān)設置，也可以在配置軟件中通過(guò)參數設置（使用軟件參數設定網(wǎng)絡(luò )地址SW2-7、SW2-8必須在ON位置）。 4.3.2 1756-DNB Devicenet 掃描器接口模塊態(tài) 1756-DNB設備網(wǎng)掃描模塊是Devicenet設備與ControlLogix機架之間的接口。掃描器模塊通過(guò)網(wǎng)絡(luò )與 DeviceNet設備通訊，它相當于一個(gè)存儲器，存儲DeviceNet上的設備信息，并供處理器進(jìn)行讀寫(xiě)操作。實(shí)現：從設備讀輸入數據和寫(xiě)輸出數據；給設備下載組態(tài)數據；監視設備工作狀態(tài)。掃描器模塊與ControlLogix機架內的ControlLogix控制器進(jìn)行通訊，從而提供I/O數據、狀態(tài)信息和組態(tài)數據。它不斷的對DeviceNet上所連的設備進(jìn)行掃描，并且用新的掃描結果更新DeviceNet上的設備映象到處理器內存中輸入部分地址以便于處理器進(jìn)行數據處理，同時(shí)，把處理器處理的結果的數據轉送到DeviceNet設備網(wǎng)中。 1756-DNB模塊與它的設備之間沒(méi)有建立連接；因此，控制器與Devicenet設備之間沒(méi)有建立連接。1756-DNB模塊只是充當掃描器的作用，將來(lái)自它的設備的所有數據收集打包，通過(guò)映象傳送到控制器。當然，控制器也可以使用MSG指令直接將信息傳送給DeviceNet設備或接收來(lái)自DeviceNet設備的信息。 4.3.3 PLC與變頻器I/O工作圖表 ControlLogix 5550 PLC與1336 PLUS Ⅱ變頻器I/O工作示意如圖5所示。 圖5 1336PlusII映射表 4.3.4 設備網(wǎng)組態(tài) 以RSNetWorx for Devicenet軟件進(jìn)行設備網(wǎng)掃描，將1336PlusII變頻器的設備信息映射到1756-DNB模塊里。RSNetWorx for DeviceNet是基于32位的Windows應用程序，它能夠提供設備網(wǎng)組態(tài)，使用圖形或電子數據表格，組態(tài)設備網(wǎng)上所有的設備。通過(guò)1336PlusII EDS文件進(jìn)行人工掃描，把設備的各種信息一步步掃瞄到網(wǎng)絡(luò )上。EDS（電子數據表）是一個(gè)專(zhuān)門(mén)由設備制造商提供的文本文件，該文件存儲設備的各種重要信息，包括參數信息、輸入/輸出信息等，圖6為掃描上來(lái)的1336PlusII變頻器組態(tài)界面。當把變頻器掃描上來(lái)時(shí)，就可以從變頻器上載參數到設備網(wǎng)上，可以在組態(tài)界面上觀(guān)察到變頻器的各個(gè)參數；也可以下載參數到變頻器來(lái)完成任務(wù)。 圖6 RSNetWorx for Devicenet組態(tài)界面 所有1336 PLUS II變頻器都利用Adapter2掃描口通過(guò)1203-GM5通訊模塊與PLC 掃描器模塊形成Devicenet設備網(wǎng)現場(chǎng)總線(xiàn)。變頻器的所有控制（啟動(dòng)，停止，加速，減速等）和反饋（變頻器的工作狀態(tài)）都通過(guò)設備網(wǎng)的控制字和狀態(tài)字來(lái)實(shí)現。由變頻器設定哪些參數與其連接 ,從而實(shí)現PLC對這些參數的讀寫(xiě); 將變頻器的常用監控參數 ,如加減速時(shí)間、多個(gè)預置頻率、實(shí)際輸出電流電壓、故障代碼等參數設定到Data In/Out上 ,通過(guò)映射方式 ,PLC對變頻器就可實(shí)現一般功能的監控。這樣，不但節省了大量的電纜和布線(xiàn)工作，也極大提高了可靠性，大大降低了故障率。 4.4 變頻器的遠程控制 通過(guò)組態(tài)RSView32人機界面軟件完成上位機的人機接口控制和參數監控，從而實(shí)現變頻器的遠程控制。通過(guò)建立標簽(tag) ,使之與需監控的I/ O 點(diǎn)相關(guān)聯(lián),RSView32 可不斷獲取或刷新標簽數據,從而達到控制現場(chǎng)設備的目的。RSView32 提供了許多基本圖形工具,并帶有常用圖形庫。用戶(hù)也可建立自己的圖形庫。作圖時(shí)直接將圖形對象拖入視圖中即可。圖形對象有其對應的屬性值,如位置、顏色、旋轉、可視性等,在操作和監控過(guò)程中,通過(guò)改變這些屬性的值,可使圖形呈現動(dòng)畫(huà)特點(diǎn)�？捎涗浀臄祿梢允莿�(dòng)作(Activity) 、標簽( tag) 、報警(alarm) 等。動(dòng)作包括命令、宏的執行,系統信息采集等。記錄的標簽數據可以用來(lái)生成趨勢圖,而報警記錄則可以用于故障分析和事故追蹤, 它們分類(lèi)存儲在不同的記錄文件里。用戶(hù)可自定義需要記錄的數據,記錄文件的生成、刪除方式等。 以下重點(diǎn)介紹如何用RSView32 設計控制系統的人機界面。 設計包括了以下步驟: (1) 設置通道和節點(diǎn)。RSView32 可以同時(shí)監控4 個(gè)通道,本例通過(guò)控制網(wǎng)controlnet與PLC ControlLogix通信,通道類(lèi)型應設為控制網(wǎng),節點(diǎn)應與PLC 的設定值相同。 (2) 創(chuàng )建圖形對象。圖形是人機交流的主要工具,本例中的圖形對象分為兩部分,即變頻器參數調節畫(huà)面和膨脹煙絲線(xiàn)前后端配套設備的工作界面。前者包括變頻器的一些重要參數,如頻率設定、加減速時(shí)間等,這些參數也可以從變頻器的面板上設置;后者包括膨脹煙絲線(xiàn)前后端配套設備的實(shí)物流程圖片和一些指示燈、按紐等。 (3) 設置標簽或衍生標簽。標簽是RSView32 與外界通信的手段,可以用來(lái)控制實(shí)際對象。有些標簽直接與設備上的輸入輸出點(diǎn)相聯(lián)系,另一些則是它們的衍生或者系統中所用的變量。 (4) 給圖形對象添加動(dòng)畫(huà)。只有給圖形對象添加了動(dòng)畫(huà)標簽,才能使之與實(shí)際的硬件設備聯(lián)系起來(lái)。用戶(hù)通過(guò)人機界面的操作,便能夠遠程調節變頻器參數及膨脹煙絲線(xiàn)前后端配套設備整條線(xiàn)的工作。另外為了使工作圖片更加形象逼真,還作了一些技術(shù)處理,如用切片機圖形的片煙動(dòng)態(tài)進(jìn)料及切刀的動(dòng)作來(lái)表示物料輸送的狀態(tài)和切片機的主要動(dòng)作，這樣在改變磨削速度時(shí),操作者有更為直觀(guān)的現場(chǎng)感受。圖7 是本例的膨脹煙絲線(xiàn)前后端配套設備工作界面。 圖7 以RSView32設計的整線(xiàn)一工作界面 同時(shí)，也實(shí)現了對電機的遠程啟動(dòng)、停止和頻率的實(shí)時(shí)控制，圖8 是1336 PLUS II變頻器頻率的中控設置。 圖8 1336 PLUS II變頻器頻率的中控設置 5 結語(yǔ) 經(jīng)過(guò)調試, 以RSView32設計的整線(xiàn)工作界面可以正常與控制網(wǎng)通信,并可直接控制變頻器及PLC上的與工況相關(guān)的I/ O 點(diǎn),證明整個(gè)組態(tài)和通信正確。在中控監控機上可以監控1336 Plus II變頻器,也可以控制各子站的輸出, 此種控制方式可以通過(guò)軟件察看或修改1336 PLUS II變頻器內部的300多條參數，如電機的電流、溫度、轉速等都可以由Devicenet網(wǎng)絡(luò )的數據采集獲得，只需在控制室觸摸屏或監控機上遠程更改參數即可。1336 Plus II變頻器通過(guò)DeviceNet網(wǎng)絡(luò )得到了智能化控制。 另外整個(gè)中控及變頻器操作工作界面簡(jiǎn)單、直觀(guān),能適應實(shí)際工作場(chǎng)合,達到了預定效果。使用網(wǎng)絡(luò )通訊比傳統的控制方式具有接線(xiàn)數量減少，采集變頻器的數據多，節約電能、抗干擾能力強等優(yōu)點(diǎn)，具有很高的推廣價(jià)值。 |
