ControlLogix系統和700S變頻器在矯直機系統中的應用

1. 前言

　　矯直機是現代軋鋼廠生產中的重要設備之一，它對改善鋼板板型，減少改判和提高成材率具有重要意義。隨著計算機網絡技術和交流變頻技術的迅速發展，以現場總線為基礎的數字控制系統和交流矢量變頻技術在工業自動化領域得到了廣泛的應用。濟鋼中板廠一號矯直機改造就充分了應用了羅克韋爾先進的ControlLogix系統和PowerFlex 700S變頻器。該系統的穩定性強，操作靈活簡單，系統維護量也大大降低。

2. 基本工藝

　　矯直機主要用來鋼板矯直，改善板型，有效減少鋼板漂曲而改判。該系統包括輸入輸出輥道、兩臺矯直主電機、頂部兩臺壓下電機、以及四個角落的四個壓力傳感器和位移傳感器。通過壓下電機先擺好輥縫，然后鋼板經輸入輥道帶入矯直機。兩臺矯直主電機選擇聯動或者單動實現矯直功能。在該系統中，關鍵要實現兩臺主矯直電機的主從運轉和壓下輥縫的準確定位和標定。

3.系統配置說明

　　該矯直機控制系統采用了羅克韋爾先進的ControlLogix控制系統和功能強大的PowerFlex變頻器。ControlLogic系統覆蓋了先進的控制平臺、開放透明的網絡總線和全方位的監控方案。PowerFlex 700S變頻器是羅克韋爾PowerFlex7系列電力傳動平臺中性能最強大的可編程控制器。它不但可以提供高性能的變頻控制，而且同時能提 供位置控制與伺服控制。矯直機系統的硬件配置如圖1、2所示。

圖1 系統硬件配置圖（以太網）

圖2 系統硬件配置圖（控制網和設備網）

　　3.1 ControlLogix控制系統的控制器Logix5562

　　ControlLogix5562控制器支持多達32個不同任務，使你能分解復雜的控制應用，并以合適的周期執行。根據應用規模擴展內存。單一機架中可放置多個控制器，均衡負荷，提高系統性能。處理器與處理器之間的通訊不需要編寫應用代碼。具有高集成的運動控制的能力，不再需要單獨的運動控制器和軟件。模塊化網絡接口，為不同應用提供合適的通訊，足夠的輸入輸出能力，能夠滿足大系統的應用。模擬量和數字量模板使用同樣的機制進行尋址，I/O標簽將根據系統中機架的位置和在機架中的物理槽號自動生成。當將I/O模板分配給控制器時，自動創建I/O數據區。靈活方便的網橋，各個網絡間的橋接和路由器通過基板完成而不需要處理器的參與，軟件可組態。

　　3.2控制網絡ControlNet

　　控制網網絡是一種高速確定性網絡，用于對時間有苛刻要求的應用場合的信息傳輸。它為對等通信提供實時控制和報文傳送服務，它作為控制器和I/O設備之間的一條高速通信鏈路，綜合了現有的各種網絡的能力。它提供如下功能：

　　l 對在同一鏈路上的I/O，實時互鎖，對等通信報文傳送和編程操作，均具有相同的帶寬。

　　l 對于離散和連續過程控制應用場合，均具有確定性和可重復性功能。

　　ControlNet是基于生產者/消費者通訊新模式，用于PLC與計算機之間的通訊網絡。它可鏈接拖動裝置、串并行設備、工業PC、人機界面等。它還可以溝通邏輯控制和過程控制系統、數據傳輸數率為5Mbps,可尋址節點為99個，同軸電纜傳輸距離為3Km,光纖傳輸距離為30Km.。

　　本控制系統控制網絡應用了兩個。一個網絡鏈接拖動裝置，具體應用為1336PLUS2變頻器和PowerFlex700s變頻器。一路鏈接1794-ACN15分站模塊，采集各個變頻柜的合分閘指令和燈信號。

　　3.3設備網DeviceNet

　　設備網現場總線是一種低成本高性能的工業設備網絡，設備網應用國際標準的控制局域網（CAN）協議，建立了設備網的應用協議。它具有公開的技術規范和廉價的通信部件.

　　設備網網絡通過一個開放的基于CAN技術的64個節點，多支線的網絡, 允許用戶用一根電纜去連接500m（1641ft）以內的設備并遠至用戶的可編程控制器，無需用導線把每個設備和一個I/O機架連接起來.

　　設備網網絡是基于生產者/客戶模式（Producer/Customer）網絡模式，這是最現代化的網絡技術，生產者/客戶模式使控制數據同時到達操作的每一個單元，可以更有效地利用網絡的頻帶寬度。生產者/客戶模式同時可以顯著地減少網絡通信量，因為它允許狀態切換的報文發送，以作出更快的響應，同時，周期性的報文發送，以提供更好的確定性。對等通信允許數據和狀態信息在設備間進行交換。

　　本系統中的設備網絡中鏈接了四個直線位移傳感器，用于矯直機壓下系統的輥縫標定和顯示，具體標定方法在軟件里面設定。

　　3.4工業以太網EtherNet

　　工業以太網是一個既可以進行控制操作又可以實現數據傳遞的網絡，它對于那些高速的，對時間有苛刻要求的應用場合是一種完美的選擇，它甚至不需要用戶自己建立規劃。.具有很強的兼容性，幾乎可以與所有的計算機系統和應用包進行連接。EtherNet/IP通訊模塊使用通用工業協議（CIP）。CIP使用生產者/消費者網絡模式代替源/目的（主/從）模式。生產者/消費者模式減少了網絡通訊量，增加了網絡傳輸速度。

　　1756-ENBT模塊可用于ControlLogix控制器通過EtherNet/IP網絡與其他設備通訊的接口，或者作為在EtherNet/IP網絡上的一組1756 I/O模塊的適配器。該模塊支持I/O控制，生產者/消費者標簽和MSG指令通訊，與人機界面（HMI）通訊，組態和編程，為1756 I/O模塊提供適配器功能，可作為網絡服務器發布診斷和狀態信息。工業以太網功能強大，在本系統中主要用于數據采集和人機界面通訊功能。

4. 兩臺PowerFlex700s變頻器的主從調速

　　矯直機的主傳動由兩臺電機完成，可以選擇單動或者以一臺為主的主從傳動.在主從傳動的多變頻器系統中，帶有同步鏈接功能的PowerFlex700S變頻器是一款性能非常杰出的控制設備。同步鏈接功能是一種高性能、高速度的變頻器與變頻器之間的同步數據鏈接。采用這種同步鏈接，就不必為變頻器之間的轉矩信號傳遞設計處理器與現場總線，只需要進行簡單的參數鏈接配置，即可以完成多臺變頻器間的負載共享。在圖3所示的框圖中，是一個以一號變頻器為主二號為輔的傳動連接圖。一號變頻器跟隨主編碼器的位置和速度給定值運行，然后一號變頻器會將從主編碼器反饋回的速度和位置給定值通過同步鏈接的方式發送到二號變頻器，此時的二號變頻器被設定為跟隨同一個給定進行運動，具體的參數設置和鏈接在框圖中已體現。同理，以二號變頻器為主的傳動鏈接框圖跟框圖3相似。

圖3 兩臺700S變頻器主從控制鏈接框圖

5.軟件設計和上位監控

　　編程軟件使用RSLogix5000來實現。在程序設計中采用了模塊化設計思維，一個設備對應一個程序塊。每個邏輯塊中包含了這個設備對應的邏輯控制、故障診斷、上位顯示信息。在主程序中不斷調用各個子程序。這種程序設計方法簡單、清晰、高效。尤其在現場故障處理時能夠快速的找到相應的程序塊，查出故障原因，有效的減少設備影響時間，從而大大提高了生產效率。圖4是在RSLogix5000編程軟件中的程序結構。

　　上位監控軟件由RSView軟件來實現。每臺上位機上同時具備操作站和工程師站的功能，可以在線切換。RSView提供友好的人機界面和方便的操作方式。畫面包括：工藝畫面、輥縫顯示和標定、壓力顯示、趨勢顯示、報警指示、報表畫面等標準功能畫面。在RSView設計中為了更好的顯示輥縫實際值和方便操作人員進行輥縫標定，在畫面中做了相應的輥縫標定和顯示畫面，如圖5所示。

圖4 在RSLogix5000編程軟件中的程序結構

圖5 矯直機監控畫面

6. 結束語

　　ControlLogix控制系統和PowerFlex 700S變頻器在矯直機中的應用，很好的利用了羅克韋爾先進的控制平臺、靈活方便的網絡通訊能力和功能強大的變頻器。整個系統具有運行高效、可靠，系統擴展方便，軟件操作簡單，易于檢修和維護等特點。