河南中煙工業(yè)公司 新鄭卷煙廠制絲車間 兌幸福
摘要:本文介紹了煙草行業(yè)干冰(CO2)煙絲膨脹線工藝原理，涉及到的安全等因素讓我們在選擇可靠的電控技術上慎之又慎。在詳細了解Netlinx網(wǎng)絡技術后，它的種種優(yōu)點成為我們實現(xiàn)設備控制的第一選擇。實施過程讓我們感受到Netlinx網(wǎng)絡帶來的強大與方便，文章在最后還簡要介紹了第三方軟件和Netlinx網(wǎng)絡便捷的通訊和設置。
關鍵詞:干冰(CO2)煙絲膨脹 Netlinx網(wǎng)絡架構 Rslogix5000編程軟件 Rslogix500編程軟件 Intouch RSView ME
1 引 言
干冰(CO2)煙絲膨脹系統(tǒng)是煙草行業(yè)制絲加工工藝中的一項重要的生產(chǎn)設備。它是將煙絲浸入高壓、低溫的液態(tài)CO2中一段時間，待CO2排出后在常壓下形成干冰煙絲，隨后與高溫、高速的氣流混合，煙絲中的CO2快速升華，使煙絲瞬間膨脹。有效地提高了煙絲的填充能力，同時萃取煙絲中的有害物質，降低了煙絲中的焦油含量，其工藝流程圖如圖1：
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圖1 工藝流程圖
如圖1所示，煙絲在浸漬器中被注入的液態(tài)CO2浸泡，為了減少浪費，使用后的CO2還要回收，此工藝稱為冷端，包含浸漬系統(tǒng)和回收系統(tǒng)。
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圖2 熱端工藝流程圖
如圖2所示，浸漬后的干冰煙絲在工藝管道中與加熱后的工藝風混合膨脹，并經(jīng)回潮筒加濕后達到要求的含水率，此工藝稱為熱端，包含膨脹系統(tǒng)和回潮系統(tǒng)。
圖3 膨前貯絲流程圖
如圖3所示，為了供給可加工的煙絲，在浸漬工藝之前還設了煙絲貯存柜，此工藝稱為膨前貯絲，包含進料系統(tǒng)和出料系統(tǒng)。
由于CO2的物理特性，在常溫常壓下即可凝結為干冰，所以在管道和貯罐中需要維持一定的壓力，因此現(xiàn)場大量使用了高壓容器，壓力最高可達31.5Mbar，并且CO2是抑制呼吸氣體劑，一旦發(fā)生泄漏，將危及人身安全。如何保障設備運行安全成為電氣控制系統(tǒng)的首要問題，這涉及到電氣元器件選型可靠和控制體系穩(wěn)定等多方因素。
2 現(xiàn)場總線技術
2.1煙草行業(yè)對現(xiàn)場總線的需求
隨著全球電控技術的飛速發(fā)展，基于PLC的集中式控制已經(jīng)因投資大、線纜多、維修成本高等因素逐漸趨于淘汰，應運而生的是投資少，安裝周期短、維修簡便的現(xiàn)場總線系統(tǒng)。特別是煙草加工制造行業(yè)，流水線的生產(chǎn)性質決定了設備分布廣，占地面積大等特點，而現(xiàn)場采集的信號和執(zhí)行元器件有明顯的向智能化，精細化控制方向發(fā)展。安全、靈活、可靠的現(xiàn)場總線系統(tǒng)決定了煙草行業(yè)電氣控制的最終定型。
2.2 Netlinx網(wǎng)絡技術概述
現(xiàn)場總線技術在全球各大PLC廠家得到了長足的發(fā)展，技術日趨成熟，美國Allen_Bradley (AB公司)的ROCKWELL Netlinx網(wǎng)絡技術以其透明的協(xié)議、穩(wěn)定的運行和簡易上手等特點成為這一領域的巔峰產(chǎn)品之一。在NetLinx架構中，根據(jù)不同設備對網(wǎng)絡的不同要求，可以直接采用的通訊網(wǎng)絡有DeviceNet設備網(wǎng)、ControlNet控制網(wǎng)和EtherNet/IP工業(yè)以太網(wǎng)。在網(wǎng)絡應用層中采用了統(tǒng)一的協(xié)議，即控制和信息協(xié)議CIP（Common Industrial Protocol），使得在NetLinx架構中的信息服務與物理介質無關，不僅實現(xiàn)了信息在網(wǎng)絡間的無縫路由和集成，而且將現(xiàn)場總線的便捷組態(tài)和高速通訊發(fā)揮的淋漓盡致！
2.3 Ethernet/IP網(wǎng)絡
由于煙草行業(yè)設備繁雜、距離長、并且有大量的數(shù)據(jù)采集和實時控制等特點，植入了CIP技術的Etherne/IP網(wǎng)絡架構完全可以勝任，通過TCP/IP實現(xiàn)了通訊/信息交換，通過UDP/IP實現(xiàn)了加工控制中的I/O通訊服務。
2.4 Controlnet網(wǎng)絡
分布在現(xiàn)場的I/O子站將制絲設備化整為零，減少了故障范圍，提高了維修效率。貫穿始終的是Controlnet網(wǎng)絡，它是一種開放、高效和確定性的網(wǎng)絡，在控制器與現(xiàn)場監(jiān)測設備、人機界面之間建立起了一個穩(wěn)定、可靠的高速通信鏈路，能在網(wǎng)絡中傳輸實時I/O數(shù)據(jù)、控制器之間的互鎖數(shù)據(jù)以及重復性的非實時數(shù)據(jù)（如數(shù)據(jù)監(jiān)控），并且在連接和斷開設備時能夠保持不受影響。
2.5 Devicenet網(wǎng)絡
為了保障在制品煙絲的質量和設備的精細化控制，現(xiàn)場大量使用了變頻器、軟啟動器等高性能設備，基于成熟的CAN（Controller Area Network）技術的DeviceNet網(wǎng)絡實現(xiàn)了現(xiàn)場設備與控制系統(tǒng)的簡單連接，賦予了這些設備新的理念和內涵，具有安裝費用低，安裝速度快、接線工作量明顯減少的特點，同時提供改進的更全面的診斷功能能夠有效地幫助減少停機時間，降低生產(chǎn)成本。DeviceNet作為NetLinx的一部分，其數(shù)據(jù)能夠在整個NetLinx網(wǎng)絡系統(tǒng)中進行無縫路由。
3 網(wǎng)絡控制規(guī)劃
針對新鄭卷煙廠干冰(CO2)煙絲膨脹線的廠房特點（車間為上下五層，控制在一層和三層），決定采用光纖以太環(huán)網(wǎng)，連接PLC 和操作站等設備進行數(shù)據(jù)交換和操作控制，現(xiàn)場采用Controlnet網(wǎng)絡架構，根據(jù)功能和設備I/O點數(shù)、安裝位置設置子站箱，實現(xiàn)現(xiàn)場I/O的控制信號采集和執(zhí)行，并通過C/D轉換器將變頻器、軟啟動器等連接在Devicenet網(wǎng)絡上實現(xiàn)設備控制，其網(wǎng)絡拓撲圖如圖4：
圖4 網(wǎng)絡拓撲圖
4 項目實施
規(guī)劃后的項目按計劃進行實施，由于現(xiàn)場環(huán)境復雜，而網(wǎng)絡布線是工程的關鍵，許多故障就是由于布線不合理產(chǎn)生的干擾而產(chǎn)生的，因此，我們采取了動力、信號、網(wǎng)絡通訊電纜分離的原則，嚴格進行布線施工，杜絕了網(wǎng)絡故障隱患。
4.1 規(guī)劃Ethernet/IP網(wǎng)絡
根據(jù)工藝段的劃分和功能的獨立性，我們采用了三臺高端的Controllogix 1756_5563 可編程序控制器，如圖5。為了降低網(wǎng)絡故障造成的致命傷害，系統(tǒng)采用了光纖環(huán)網(wǎng)，即如果有一段網(wǎng)絡斷開網(wǎng)絡仍能正常運行，并根據(jù)操作要求在一樓中控室和三樓下蓋設置了三臺基于Windows xp 的安裝了Intouch9.5控制軟件的工控機，并在四樓上蓋、一樓壓縮機房和焚燒爐旁安裝了三臺Planview1000觸摸屏操作站，使操作工和維修人員隨時隨地通過人機界面了解現(xiàn)場生產(chǎn)情況，必要時，還可在現(xiàn)場操作設備，運行起來得心應手。設備IP地址設置如表1：
表1 設備IP地址設置表
圖5 高端的Controllogix 1756_5563 可編程序控制器電柜
在PLC機架上插入了1756_ENBT/A以太網(wǎng)卡，需要通過Rockwell software 的BOOTP-DHCP Server軟件來設置IP地址。如圖6：
圖6 IP地址的設置
4.2組態(tài)Controlnet網(wǎng)絡
根據(jù)膨化線加工設備的I/O點數(shù)和功能，我們選用了基于PLC機架的1794_CNB Controlnet適配器，遠程I/O選用了基于1794_FLEX I/O 的1794_ACN15適配器，通過同軸電纜采用干線/支線拓撲結構聯(lián)結成網(wǎng)絡，注意要在最后一個子站安裝終端電阻。ROCKWELL（羅克韋爾）為我們提供了簡單方便的地址設置方法，只需通過撥碼就可以輕松實現(xiàn)，如圖7：
圖7 地址設置的撥碼開關
組態(tài)Controlnet網(wǎng)絡需要Rockwell software 提供的RSNetWorx for ControlNet軟件來實現(xiàn)如圖8：
圖8 RSNetWorx for ControlNet軟件
將配置好的網(wǎng)絡配置下載入PLC中即可。
4.3 組態(tài)Devicenet網(wǎng)絡
通過選用的1788_CN2DN適配器，我們將變頻器和軟啟動器連接入Devicenet網(wǎng)絡中，在適配器上既要配置Controlnet網(wǎng)絡地址還要配置Devicenet網(wǎng)絡地址，組態(tài)Devicenet網(wǎng)絡需要Rockwell software 提供的RSNetWorx for Devicenet軟件來實現(xiàn)，如圖9：
圖9 RSNetWorx for Devicenet軟件
適配器的Devicenet網(wǎng)絡地址需要通過軟件來設置，如圖10設置地址
圖10 設置地址
由于Netlinx架構是基于開放式的通訊規(guī)約，支持多廠商的互操作性，因此我們根據(jù)我廠實際情況選用了丹佛斯的VLT5005（IP20）系列變頻器，需要安裝EDS文件來支持，圖11為安裝EDS文件截圖：
圖11 安裝EDS文件截圖
圖12 配置設備I/O地址
通過RSNetWorx for Devicenet軟件還可以看到包括AB產(chǎn)品和第三方產(chǎn)品的每一臺設備參數(shù)設置，并可以在線修改，網(wǎng)絡參數(shù)透明在這里得到了終極體現(xiàn)，如圖13為變頻器的設置參數(shù)：
圖13 變頻器的設置參數(shù)
4.4.1 讓工程師發(fā)揮無限想象的Rslogix5000
硬件和網(wǎng)絡配置都下載完成之后就是編輯程序了， Rockwell software提供的Rslogix5000編程軟件還擁有強大的離線編程能力，可以脫離I/O就可以把設想的程序先行完成，然后在現(xiàn)場將實際輸入、輸出對應起來就可以了。完備的數(shù)據(jù)處理，友好的編程界面，可以讓程序工程師充分滿足設備工作要求，保障在制品煙絲的質量的控制要求，而且Rslogix5000還提供了梯形圖、功能圖、順序功能圖、結構文本等多種編程方式，實現(xiàn)了沒有做不到的只有想不到的編程創(chuàng)意空間。圖14為Rslogix5000的編程界面：
圖14 Rslogix5000的編程界面
國際流行的樹形界面讓生手也能快速進入狀態(tài)。圖15為功能圖編程界面：
圖15 功能圖編程界面
在硬件配置中組態(tài)I/O模塊時，系統(tǒng)將自動生成包括故障檢測、狀態(tài)檢測、I/O地址的分配列表。而且，支持多種數(shù)據(jù)類型，并可以自定義數(shù)據(jù)類型，為實現(xiàn)設備功能提供了多種選擇。圖16為自動生成的地址列表。
圖16 自動生成的地址列表
圖17為定義的數(shù)據(jù)類型選擇：
圖17 定義的數(shù)據(jù)類型
4.4.3輕松實現(xiàn)連續(xù)型和周期型任務
LOIGX支持連續(xù)型任務編程，同時在諸如調度、PID控制、數(shù)據(jù)采集等需要周期調用的任務中Rslogix5000也提供了方便的包括看門狗在內的創(chuàng)建功能，如下圖18所示：
圖18為創(chuàng)建周期型任務的設置界面：
圖18 創(chuàng)建周期型任務的設置界面
4.4.4模擬量設定解決繁瑣的數(shù)據(jù)編程
在模擬量數(shù)據(jù)處理中，工程單位的處理和整定是一個繁雜的過程，也是困擾程序工程師的一個難點，Rslogix5000針對模擬量I/O 模板提供了一個簡單實用的設置界面，包括輸入輸出信號選擇、工程單位設置甚至報警上下限都可以用鼠標點擊完成，大大提高了編程效率。圖19為工程單位整定設置界面：
圖19 工程單位整定設置界面
4.4.5 獨具匠心的程序趨勢圖
能夠看到程序執(zhí)行的過程是程序工程師夢寐以求的愿望，Rslogix5000給了他們滿意的答案，通過設置需要觀察的程序地址標簽、范圍等參數(shù)，所有的程序執(zhí)行情況都可以通過時序圖一目了然。圖20為程序執(zhí)行時的時序圖。
圖20 程序執(zhí)行時的時序圖
4.4.6 精巧的Rslogix500
在膨脹煙絲線上，焚燒爐是一套相對獨立控制系統(tǒng)，它采用了Rockwell的小型PLC SLC_500，通過集成的以太網(wǎng)口連接入光纖環(huán)網(wǎng)，針對小型可編程序控制器，AB公司還開發(fā)了 Rslogix500編程軟件，除了數(shù)據(jù)格式、尋址范圍等稍遜一籌之外Rslogix500幾乎可以完成任何需求的編程任務，如下圖21：
圖21 Rslogix500編程界面
5 工控軟件Intouch
Intouch是Wonderware公司開發(fā)的旗艦產(chǎn)品，產(chǎn)品自發(fā)布以來已經(jīng)占據(jù)全球工控軟件半壁江山，使用Intouch可以不必再為生澀難懂的后臺語言而打亂了設計思路和構想，數(shù)據(jù)的類型、設定，元件的動作、顯示幾乎可以一鍵完成，甚至還有邏輯運算、判斷等功能，完整的報警體系、實時曲線、歷史紀錄可以在預制模版里通過簡單設置輕松完成，使開發(fā)操作界面再也不是什么難以逾越的鴻溝。圖22為Intouch9.5的開發(fā)界面:
圖22 Intouch9.5的開發(fā)界面
5.1 工業(yè)通訊的樞紐RSLinx
RSLinx是穿梭于Netlinx網(wǎng)絡間的終極利器,為羅克韋爾軟件提供全套的通訊服務,同時還提供了包括OPC DDE CustomC/C++ 等數(shù)種開放接口用于與第三方人機界面系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集/分析系統(tǒng)等應用軟件的通訊。對于硬件端口的支持更是包括PCMCIA卡、串口和基于計算機的網(wǎng)絡適配器等。圖23是RSLinx的工作界面：
圖23 RSLinx的工作界面
5.2 通過RSLinx連接Intouch
由于RSLinx提供了各種數(shù)據(jù)接口， Intouch與ROCKWELL（羅克韋爾） 的各種PLC連接變得易如反掌，只需在RSLinx里定義PLC的節(jié)點名，與Intouch的節(jié)點名相對應，連接方式設為RSLinx即可，就這么簡單。如圖24：
圖24 連接方式
6 基于開放嵌入式系統(tǒng)的設備層人機界面RSView ME
現(xiàn)場安裝了用于操作和監(jiān)控的人機界面PanelView Plus 1000 ，Rockwell software也提供了相應的開發(fā)軟件RSView ME，可以通過RSLinx建立了RSView ME和PLC的無縫連接，甚至全局變量表都可以一鍵拷貝，標簽都不用建立了。如圖25：
圖25 RSView ME和PLC的無縫連接
RSView ME更是高度集成元器件的各種開發(fā)功能，濃縮了HMI開發(fā)軟件的精華，如圖26：
圖26 RSView ME
開發(fā)的畫面需要生成項目下載到PanelView Plus 1000中，如果同時下載了中文字庫，PanelView Plus 1000還可以顯示中文。
7 數(shù)據(jù)采集和WEB發(fā)布
為了有效地管理在制品質量，我們還開發(fā)了數(shù)據(jù)采集和分析系統(tǒng)，使用了關系型數(shù)據(jù)庫SQL Sever 2003,數(shù)據(jù)經(jīng)過處理后生成報表通過WEB發(fā)布在廠域網(wǎng)上供煙廠質檢、工藝控制部門查詢和分析：
圖27為發(fā)布界面：
圖27 發(fā)布界面
8 結束語
安全、可靠是我們選擇ROCKWELL Netlinx網(wǎng)絡技術的原因，系統(tǒng)在完成后已經(jīng)運行將近一年，穩(wěn)定是我們最大的感受，辛苦的付出通過Netlinx網(wǎng)絡技術得到了豐碩的回報，使我廠干冰(CO2)煙絲膨脹線立于制煙絲設備的技術前沿，也為ROCKWELL（羅克韋爾）在煙草行業(yè)的推廣起到示范作用！
參考文獻
[1] Frank ella [美].PLC教程.北京:人民郵電出版社,2007
[2] 羅克韋爾自動化 HOT培訓教材
[3] 羅克韋爾自動化 Netlinx選型指南 2006
作者簡介
兌幸福 現(xiàn)任河南中煙工業(yè)公司新鄭卷煙廠制絲車間的電氣維修技師。
（轉載）
