羅克韋爾產品在石油管生產線上的應用

摘要：本文闡述了石油管生產線的控制系統，詳細介紹了羅克韋爾自動化的硬件、軟件和網絡產品在鋼鐵企業的應用。
關鍵詞：羅克韋爾自動化克韋爾自動化 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線。生產線主要由加厚修磨線、熱處理線以及水處理等組成。

該生產廣泛地應用了羅克韋爾自動化A-B品牌的產品和技術，包括1397DC Drive直流傳動、1336 Plus II
交流傳動、ControlLogix系統、ProcessLogix系統、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，使用ControlLogix與Flex
I/O共有22個站點、DCS采集系統、2臺1397 DC Drive直流傳動和36臺1336 Plus II交流變頻器。

ControlLogix系統，采用Logix5550處理器，是32位的總線控制器，其控制能力可達280000個數字量/4000個模擬量，不僅能組態本地框架的輸入模塊，還能組態控制網上其他遠程ControlNet的輸入輸出模塊，支持熱插拔。
水處理采用的FlexLogix系統，其使用與ControlLogix系統同樣的組態編程軟件，支持ControlNet、DeviceNet、EtherNet網絡。

ProcessLogix系統包括一個工程師站，兩個操作人員工作站；ProcessLogix系統使用一天服務器和兩個操作人員工作站，用來對系統進行維護和監控。

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控軟件RSView32與RSLinx。

ProcessLogix系統服務器安裝設置：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、網絡
隨著自動化控制設備、工業控制網絡一級計算機技術的發展，越來越多的工廠自動化系統采用設備總線、分布式控制、集中信息管理的系統結構。這種結構極大的降低了工程投資，有效地增強了系統的開發性、可維護性，縮短了設計開發的周期，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等網絡技術就是順應這種發展方向開發的產品。

用通訊網絡代替以往的硬電纜連接，在國內很多時候被認為不好維護的方式。因為一旦發生故障，常規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電氣知識，還必須具有自動化知識和網絡知識。

但網絡的優點是無可比擬的，系統越大越體現出網絡的優勢：
1．設計簡單，減少設計時間和設計出錯的可能性；
2．減少現場控制柜之間的控制電纜數量，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交流變頻器等現場設備，其傳輸速率為125—500Kbps，傳輸最大距離500m，每段節點數為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數據可以通過DeviceNet實現設備的有效控制，并且網絡具有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軟件對網絡管理和組態。DeviceNet網絡結構簡單，實時性強，通訊簡單，即插即用，是一種理想的設備層現場總線網絡，用以實現低成本，高性能的網絡互連。

ControlNet連接主控設備ControlLogix或ProcessLogix，Flex 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融合了現有遠程I/O和DH+網的性能，對于離散和連續過程控制應用均具有確定性和可重復性功能，用戶可自設定網絡交換時間達毫秒級，從而大大改善了網絡控制的實時性和快速性，采用生產者/客戶方式，將傳動網絡針對不同站點需要多次發送改為一次發送多點共享，減少網絡發送次數，從而使網絡實時高效。

ControlNet網絡中的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網上，然后由軟件管理其歸屬，從而使網絡擴展和走線十分靈活。

EtherNet 在此用來連接ProcessLogix系統服務器與操作員站。

EtherNet 作為信息層網絡，同樣可以實現與ControlNet互連，用戶通過工廠EtherNet網絡對系統進行維護，真正地實現系統管控、信息一體化。

羅克韋爾自動化網絡從結構上看，一個典型的控制系統由三層網絡組成，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除連接現場設備外同時還可以是I/O，同樣在ControlNet同時也可以是現場設備，ControlNet網也可以用EtherNet來實現。

五、調試、問題和解決
由于此系統站點數以及I/O量較大，我們采用分段的方法，將整個系統按工藝區分兩部分調試。每工藝區有由中控室往外站點逐一連通，分站點調試。ProcessLogix部分先調試服務器，然后調試工作站，ControlNet調試完成后調試DeviceNet。

調試過程中問題是難免的，主要有ControlLogix、網絡以及ProcessLogix方面的問題。
ControlLogix及網絡方面表現在以下幾點：

1．連接數的問題和解決
ControlLogix系統的控制能力雖然可達280000個數字量/4000個模擬量，以及ControlNet網絡每段能達到99個節點。但在使用規劃時，還有一個重要的參數——連接數，我們在調試過程中隨著站點的增加出現了網絡不通，就控制器的處理能力以及網絡的節點數來說遠遠沒達到，原因就是超出了控制器連接數。

在ControlLogix系統中連接可以是：
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；
生產者和客戶標簽
通訊

由于在RSLogix5000里對I/O模塊組態時采用的是I/O模塊直接連接，致使每個數字I/O模塊的占用一個連接，使得連接數超出。當重做I/O模塊組態采用機架優化連接，這樣一來I/O模塊的連接壓縮到了一個機架優化連接內，節省了連接數量和帶寬。

2．NUT、RPI、帶寬
NUT（Network Update Time）、RPI（Requested Packet
Interval）這兩個參數在網絡中常常影響到網絡的帶寬，使得網絡不暢通或效率不高。在理論上來說當帶寬在60%~70%網絡效率較高，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值，也能提高網絡效率減少帶寬，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絡的暢通。在網線敷設好后，分支器不聯入節點，裝上終端電阻，測量分支器聯入節點的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，在工具箱內光盤中有制作的全過程的影像文件。

DeviceNet
網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，很容易斷線引起網絡不通，所以要特別注意。
Flex I/O中經常有能掃描到站點而掃描不到模塊或個別模塊的現象，這主要是由于使用的安裝軌道不平整或質量不高，以至于模塊底座安裝不穩，底座之間聯接不可靠引起。拆下模塊重新安裝到位即可。建議使用質量高不易變形的安裝導軌安裝Flex I/O。

4．接地
系統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 系統相關聯，所以建議從Windows NT4系統安裝開始就照著手冊一步一步安裝，否則可能會出現不可預見的問題。當然，如果對Windows NT4熟悉也不會有大問題。

六、總結：
在ControlLogix系統要注意：先規劃，再實施；調試中注意連接數、NUT、RPI、帶寬以及安裝，系統就可以順利地開通。

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（ControlNet）網絡系統概貌

作者簡介：
姚藝，湖南人，現年31歲。目前就職于湖南省冶金科技工貿公司，從1997年開始接觸并使用羅克韋爾自動化產品。多次參加羅克韋爾自動化舉辦的產品培訓班，對羅克韋爾自動化的硬件、軟件和網絡產品有著比較詳盡的認識和理解，曾經參加過許多大型項目的設計和調試，現場經驗豐富。