Rockwell自動化系統在煙片在線回潮生產線中的應用

1 引言
Rockwell自動化系統以其簡便的應用，直觀的應用界面，開放的編程軟件，開放的通訊協議，在很多行業的自動化控制系統中得到了廣泛的應用。而其DeviceNet現場總線和其它的現場總線相比，具有簡便的網絡組態，穩定、可靠、高效的網絡通訊，開放的通訊協議等等優點。
由云南昆明船舶設備集團公司研發、生產的煙草機械“煙片在線回潮系統”，用于煙廠新一代制絲工藝中煙片在進入儲柜發酵前的預處理新工藝，和傳統的工藝相比，經過在線回潮后的煙片的松散性，水份都得到很好的提高，而且還具有殺滅蟲卵，去除清雜氣的特有功效。目前此系統已在全國的大多數煙廠投入使用，并受到用戶的好評。已經成為煙廠新制絲線上新工藝的標準模式。
在線回潮系統電氣控制平臺根據用戶的需要有多種配置。既有Siemens的Profibus現場總線平臺也有Rockwell的DeviceNet總線平臺。本文以南寧煙廠的模式為例，介紹采用DeviceNet現場總線的控制平臺。

2 系統功能簡介
系統由57臺設備組成。經過拆包后的片煙垛經過裝箱翻包機裝入鋼制周轉箱內，然后經過垂直分切機將整片的片煙垛切為均勻的五片，等到準備好五箱后，將五箱切好的片煙送進回潮機內，通過抽真空，加蒸汽，加水的回潮工藝處理后，周轉箱送到后段的設備，將煙片倒入松散機，通過喂料機和傳送帶送到后面的工藝段，空的周轉箱又可以進行下一個工藝過程。限于篇幅和專利的原因，在這里對具體設備不做詳細介紹,著重介紹控制系統。

圖 1 平面電控系統的組成示意圖

2.1 控制系統的組成
控制系統由配電柜，控制器件柜，變頻起器柜，兩臺回潮機的兩門單獨的控制柜以及分布在各段設備旁的I/O從站組成。見圖1。
整線控制系統的主控制器采用Rockwell的ControlLogix5000系列PLC ControlLogix5555可編程控制器，控制模式具有手動、自動、閉鎖幾種。配置一個Digital公司的GP2600觸摸屏用來監控整線設備的狀態，各種實時報警和報警歷史記錄，一些強制的功能操作，以及各個變頻器的頻率顯示和設定。兩臺回潮機的兩個單獨的控制器選用SLC500系列L543可編程控制器，每一個PLC各陪置一個Digital的GP2500觸摸屏，回潮機的自動控制程序很大方面取決于觸摸屏上所設定的參數，所以和整線的觸摸屏相比，GP2500還多了更多的工作參數的設定，還具有回潮機內溫度曲線的趨勢圖的功能。兩臺回潮機采用獨立的控制柜是用戶考慮到將來在某些特定場合下需要單獨使用回潮機來處理一些煙葉，這時就不需要整線的控制系統工作，只需回潮機的控制柜工作就可以。
兩用開包機的控制系統的現場總線配置如圖2所示:

圖2 現場總線配置

整線控制系統的現場總線的主站(Master)為1756-DNB/A網絡掃描器，整個總線上共掛接了9個Danfoss的VLT 5000系列變頻器，16個TURCK公司的BL200系列分布式I/O從站，兩臺回潮機的兩個單獨控制器通過1747-SDN掃描器與ControlLogix5555通訊，注意1747-SDN要配置為從站(Slave)模式，因為在一個現場總線中只能有一個Master。另外GP2600也通過一個DeviceNet網絡適配器作為一個從站掛到總線上。
系統通過ControlLogix5555機架上的1756-CNBR/A(帶冗余功能)ControlNet網橋與車間中央控制室的ControlNet相連，可以進行通訊及程序調試。

2.2 總線的設定和連接
總線的參數及各個從站的參數在Rockwell網絡配置軟件RSNetWorx(Ver 4.12以上)中設定。如圖3所示:

圖3 總線參數設定

各從站(包括變頻器、BL200系列I/O)的參數總線可以從RSNetWorx配置并下載，從這一點也體現了一個DeviceNet現場總線的一個特點，設計人員可以通過總線上載、配置、下載從站的參數，這對于調試是很有用的。特別對于象變頻器這一類有大量參數的復雜設備，利用這一功能就可以省去了在變頻器操作面板上的參數輸入過程，讓設計人員節省了大量時間和精力。而別的現場總線是沒有這樣的優點的。
用RSNetWorx設定好后，點擊Online菜單，網絡通訊建立以后就可以將硬件配置下載到網絡中。在多次工程現場的經驗表明:總線的連接是一個情況比較復雜的過程，有很多因素會對總線造成影響。比較常見的如:參數設定不正確、總線電氣連接不完善、電磁干擾等。這就要求工程技術人員有較強專業知識和豐富的現場經驗。筆者總結自己應用了多種現場總線后的經驗，相對于其余的現場總線來講，DeviceNet總線的抗干擾能力要更好，網絡配置更簡易。

2.3 程序編制
因為此系統的設備較多，幾臺主機的動作過程也較為復雜，程序的工作量還是較大的，限于篇幅就不詳細介紹了，圖4是在編程軟件RSLogix5000中的幾句簡單的程序示意。

圖4 編程軟件RSLogix5000程序示意

另外，兩臺回潮機的兩個單獨的控制器L543也需要用編程軟件RSLogix500編制程序。

2.4 人機界面(HMI)的設計
控制系統采用了三臺Digital公司的GP2000系列觸摸屏。如此配置的原因已在前面第二點控制系統的組成中解釋。觸摸屏的開發使用了Pro-face(Ver 6.0以上)軟件，圖5是一個畫面的示例。在開發的過程中，除了軟件提供的各種控件外，要開發較復雜的功能時還需要編制D-Scriptde腳本語言。以下是其中一段腳本語言程序，用來實現判斷輸入密碼的正確與否:
if ([w:LS0400]==1479)
{
[w:LS0008]=5
clear([b:LS040100])
[w:LS0401]=1
[b:LS040100]=0
}
endif
if ([w:LS0400]<>1479)
{
set([b:LS040100])
}
endif

圖5 人機界面示例

2.5 其他要點
在系統的開發和調試中有一些要點在此也稍做介紹。
(1) 垂直運動時變頻器制動電阻的應用。垂直分切機工作過程中要讓兩噸多的鋼架在垂直方向上運動。當切刀下降時，由于電機處于發電狀態，需要將電機反饋回來的電能消耗在制動電阻上。相應的變頻器要設置為外部制動電阻模式。
(2) 比例方向閥的使用。裝箱翻包機采用了液壓系統翻動周轉箱，因為要有兩個方向的驅動，而且需要驅動速度是變化的，所以液壓閥采用了比例方向閥,用模擬量輸出模塊輸出一個-10V~+10V的電壓來驅動比例方向閥。
(3) GP2600的現場總線通訊方式。由于GP2600不能直接用串口與ControlLogix5555進行通訊，不能直接訪問ControlLogix5555的tag(RSLogix5000中對所有I/O及變量的定義)，因此采用了GP2600上DeviceNet的方式，在這種模式下，GP2600就通過1756-DNB/A給它分配的總線I/O地址來與ControlLogix5555進行數據交換。在RSLogix5000的程序中要對這些數據進行處理。

3 結束語
煙片在線回潮系統控制系統是Rockwell自動化系統綜合應用的成功例子。它綜合應用了ControlLogix5000系列, SLC500系列PLC, 分布式I/O，DeviceNet現場總線，ControlNet網絡，采用總線實現變頻調速。該系統功能先進，運行效果良好，得到了用戶的好評。