1、羅克韋爾自動化系統(tǒng)在石油管生產(chǎn)線上應(yīng)用 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(yīng)市場需求新投資建設(shè)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(yīng)用了羅克韋爾自動化A-B品牌的產(chǎn)品和技術(shù)，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(gòu)策略一次較為全面、典型的應(yīng)用。 二、生產(chǎn)設(shè)備及控制系統(tǒng) 加厚修磨包括運(yùn)輸輥道、液壓站、加厚機(jī)以及修磨等組成，使用ControlLogix與

2、Flex I/O共有9個站點(diǎn)、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(yùn)輸輥道、液壓站、回火爐、淬火爐、高壓水除磷、水泵站、矯直機(jī)、探傷、DCS系統(tǒng)，使用ControlLogix與Flex I/O共有22個站點(diǎn)、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。 圖1 ControlLogix控制系統(tǒng)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(dá)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(yuǎn)程Co

3、ntrolNet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(luò)。 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(wù)器和兩個操作人員工作站，用來對系統(tǒng)進(jìn)行維護(hù)和監(jiān)控。 圖2 ControlLogix系統(tǒng)拓?fù)鋱D三、控制系統(tǒng)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

4、RSView32與RSLinx。ProcessLogix系統(tǒng)服務(wù)器安裝設(shè)置：Windows NT4 for Engling SP6、RSLinx、ProcessLogix R320.0；操作員站安裝設(shè)置：Windows NT4 for SP6、ProcessLogix R320.0。四、控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)隨著自動化控制設(shè)備、工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)一級計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，越來越多的工廠自動化系統(tǒng)采用設(shè)備總線、分布式控制、集中信息管理的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)極大的降低了工程投資，有效地增強(qiáng)了系統(tǒng)的開發(fā)性、可維護(hù)性，縮短了設(shè)計開發(fā)的周期，從而獲得了廣泛的應(yīng)用。羅克韋爾自動化的ControlLogix 可編程控制器、Con

5、trolNet、DeviceNet 等網(wǎng)絡(luò)技術(shù)就是順應(yīng)這種發(fā)展方向開發(fā)的產(chǎn)品。用通訊網(wǎng)絡(luò)代替以往的硬電纜連接，在國內(nèi)很多時候被認(rèn)為不好維護(hù)。因?yàn)橐坏┌l(fā)生故障，常規(guī)工人會不知如何下手，而要求電氣維護(hù)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(luò)知識。但網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)點(diǎn)是無可比擬的，系統(tǒng)越大越體現(xiàn)出網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢：1. 設(shè)計簡單，減少設(shè)計時間和設(shè)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(hù)極為方便。正因?yàn)槿绱耍詼p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%）

6、。從而節(jié)省了成本，獲得高效益：設(shè)計（減少20%）硬件（減少15%）軟件（減少20%）驗(yàn)收（減少50%）維護(hù) (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(shè)備，其傳輸速率為125500Kbps，傳輸最大距離500m，每段節(jié)點(diǎn)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(yīng)用程序和PC數(shù)據(jù)可以通過DeviceNet實(shí)現(xiàn)設(shè)備的有效控制，并且網(wǎng)絡(luò)具有24VDC電源，以此可以省去連接每一臺設(shè)備的獨(dú)立供電電源。DeviceNet使用RSNetWorx for DeviceNet軟件對網(wǎng)絡(luò)管理和組態(tài)。Devic

7、eNet網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡單，實(shí)時性強(qiáng)，通訊簡單，即插即用，是一種理想的設(shè)備層現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)，用以實(shí)現(xiàn)低成本，高性能的網(wǎng)絡(luò)互連。ControlNet連接主控設(shè)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(luò)，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(shí)時的對等的通訊服務(wù)。ControlNet融合了現(xiàn)有遠(yuǎn)程I/O和DH+網(wǎng)的性能，對于離散和連續(xù)過程控制應(yīng)用均具有確定性和可重復(fù)性功能，用戶可自設(shè)定網(wǎng)絡(luò)交換時間達(dá)毫秒級，從而大大改善了網(wǎng)絡(luò)控制的實(shí)時性和快速性，采用生產(chǎn)者/客戶方式，將傳動網(wǎng)絡(luò)針

8、對不同站點(diǎn)需要多次發(fā)送改為一次發(fā)送多點(diǎn)共享，減少網(wǎng)絡(luò)發(fā)送次數(shù)，從而使網(wǎng)絡(luò)實(shí)時高效。ControlNet網(wǎng)絡(luò)中的I/O，無論CPU框架還是遠(yuǎn)程擴(kuò)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(luò)擴(kuò)展和走線十分靈活。EtherNet 在此用來連接ProcessLogix系統(tǒng)服務(wù)器與操作員站。EtherNet 作為信息層網(wǎng)絡(luò)，同樣可以實(shí)現(xiàn)與ControlNet互連，用戶通過工廠EtherNet網(wǎng)絡(luò)對系統(tǒng)進(jìn)行維護(hù)，真正地實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)管控、信息一體化。 圖3 NetLinx基于三級網(wǎng)絡(luò)層體系結(jié)構(gòu) 羅克韋爾自動化網(wǎng)絡(luò)從結(jié)構(gòu)上看，一個典型的控制系統(tǒng)由三層網(wǎng)絡(luò)組成，即信息層、控制層

9、和設(shè)備層。但各層之間可靈活運(yùn)用：在設(shè)備層的DeviceNet除連接現(xiàn)場設(shè)備外同時還可以是I/O，同樣在ControlNet同時也可以是現(xiàn)場設(shè)備，ControlNet網(wǎng)也可以用EtherNet來實(shí)現(xiàn)。五、調(diào)試、問題和解決 由于此系統(tǒng)站點(diǎn)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(diǎn)逐一連通，分站點(diǎn)調(diào)試。ProcessLogix部分先調(diào)試服務(wù)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(luò)以及ProcessLogix方面的問題。ControlLogix及網(wǎng)絡(luò)方

10、面表現(xiàn)在以下幾點(diǎn)： 1. 連接數(shù)的問題和解決 ControlLogix系統(tǒng)的控制能力雖然可達(dá)280000個數(shù)字量/4000個模擬量，以及 ControlNet網(wǎng)絡(luò)每段能達(dá)到99個節(jié)點(diǎn)。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(diǎn)的增加出現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)不通，就控制 器的處理能力以及網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)數(shù)來說遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒達(dá)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(yuǎn)程I/O模塊或者遠(yuǎn)程通訊模塊； 生產(chǎn)者和客戶標(biāo)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

11、模塊的占用一個連接，使得連接數(shù)超出。當(dāng)重做I/O模塊組態(tài)采用機(jī)架優(yōu)化連接，這樣一來I/O模塊的連接壓縮到了一個機(jī)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(luò)中常常影響到網(wǎng)絡(luò)的帶寬，使得網(wǎng)絡(luò)不暢通或效率不高。在理論上來說當(dāng)帶寬在60%70%網(wǎng)絡(luò)效率較高，當(dāng)帶寬不夠時 就應(yīng)該減少NUT與RPI時間。另外NUT，RPI之間按一定的關(guān)系來確定數(shù)值，也能提高網(wǎng)絡(luò)效率減少帶寬，即RPI=2nNUT。 3 安裝 除了軟件設(shè)置，安裝不合格同樣會引起很多問題。 敷設(shè)C

12、ontrolNet網(wǎng)絡(luò)的RG6電纜保護(hù)要做好。電纜破損，分支器進(jìn)水以及BNC頭做得不好都 將影響網(wǎng)絡(luò)的暢通。在網(wǎng)線敷設(shè)好后，分支器不聯(lián)入節(jié)點(diǎn)，裝上終端電阻，測量分支器聯(lián)入節(jié)點(diǎn)的BNC芯線與外層電阻應(yīng)在37.5 43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(luò)采用的五芯屏蔽電纜，注意不要接錯，另外當(dāng)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(luò)不通，所以要特別注意。 Flex I/O中經(jīng)常有能掃描到站點(diǎn)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(dǎo)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(jī)的接地往往會忽略。當(dāng)計算機(jī)連接于ControlNet時，如果計算機(jī)接地不好，很容易損壞與其連接的CNB模塊。 5. 5ProcessLogix ProcessLogix系統(tǒng)關(guān)鍵是軟件的安裝，由于 ProcessL