ControlLogix系統大連天元精細化工有限公司的應用

　 近年來，隨著自動化控制技術、計算機技術、通信、網絡等技術的發展，信息交互溝通的領域正迅速覆蓋從工廠的現場設備層到控制、管理各個層次。因此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，有效的增強了系統的開發性，可維護性，縮短了設計開發周期。從而獲得了廣泛的應用，Allen-Bradley的ControlLogix系統就是順應這種發展方向開發的高科技產品，它提供的處理器規格齊全，配套的功能模塊及工具軟件功能強大，適用于中到大型系統的各種應用。

　　大連天元精細化工PVC有限公司復合.填充.增強劑生產線是國內首家建設的大型PVC復合.填充.增強劑生產線，工廠總投資4000萬人民幣，設計年產量8萬噸。該廠的PVC生產線采用的自動化控制系統就是Allen-Bradley ControlLogix系統、ControlNet、DeviceNet、Flex I/O、Remote I/O (RIO) 等新技術的具體應用。該系統集程序控制、過程控制及工況監視為一體，實現了全車間工藝線的計算機監視與控制。

　　羅克韋爾自動化系統集成商大連華冶聯自動化有限公司為該生產線提供了工程設計、系統集成、編程調試。

　　一．系統功能

　　1、生產線流程圖畫面顯示；

　　2、數據采集，實時數據顯示，越限設定；

　　3、歷史趨勢圖；

　　4、事故報警及報表打印功能；

　　5、電機和成套裝置的控制，包括：逆序啟動，順序停車，設備聯鎖；

　　6、軟啟動器和變頻的狀態顯示和控制,電流、頻率顯示，速度給定；

　　7、稱重值顯示和控制；

　　8、料表參數輸入；

　　9、重量控制、料流控制；

　　二．工藝流程及系統組成

　　該系統包括倒料, 預混，霧化，研磨，反應，干燥，分級，成品包裝8個單元組成。主體設備包含：羅茨風機、錐混機、霧化噴射室、反應釜、震動磨、分級機、干燥機、高混機、布袋除塵器、斗式提升機、螺旋給料機、除鐵器、氣動閥、電動閥等。

　　原料由原料倉通過羅茨風機風送到預混單元料倉，在預混單元用原料和小料按一定配比混合，由高混機加熱反應，生成附料，再和原料按一定配比進入錐混機混合，混合結束后，根據工藝需要噴射一定量液體進行反應，反應結束后輸送到霧化單元定量稱，霧化單元由變頻調速星型卸料器，按一定下料速度進入細粉機，由細粉機形成所需顆粒度進入霧化室混合。混合結束后物料由螺旋定量給料機定量輸送到研磨單元。研磨形成所需更微小顆粒，研磨單元進料和出料可同時進行。研磨結束后物料進入反應單元，螺旋定量給料機采用變頻控制，計算設定重量與實際重量的偏差，按照速度圖調整轉速實現對計量罐精確給料。配料結束后將物料輸送至其對應的高速加熱混合機混合。高混機工作周期產生的廢氣經氣閥分離、冷凝、回收后經引風機放散。氣固分離由旋風集料器和布袋除塵器將廢氣中的固體顆粒過濾下來，再經冷凝器將氣化的化學物回收。反應結束后物料輸送至干燥單元。干燥機的各部分夾套及空心軸通入導熱油，干燥機主機對物料進行干燥。在干燥時間、系統溫度、壓力、及真空系統流量接近于規定量值后干燥周期結束。物料輸送至分級單元通過分級機對物料顆粒進行篩分，分級機采用變頻控制。物料顆粒篩分后輸送至包裝單元，完成成品包裝。

　　PVC復合.填充.增強劑生產線PLC控制系統由一條主干線ControlNet高速網絡、一套冗余熱備過程控制站、設備網網絡（DeviceNet）、遠程I/O (Remote I/O)、FLEX I/O、兩個操作員工作站，一個工程師工作站及各種軟件包組成。為保證系統通訊的可靠性，本系統配置中ControlNet網采用雙網冗余。

　　系統由數據采集、基礎控制和監控管理系統組成。其自動化網絡配置如圖所示

　　1) 過程控制站

　　控制站設備是由Allen-Bradley的 ControlLogix5555控制器、輸入輸出模塊、通訊接口模塊、DHRIO模塊、DeviceNet模塊、Flex I/O適配器及輸入輸出模塊組成。其主要任務是進行過程數據采集及處理；根據控制程序來實施實時的過程量的控制；進行設備監視和系統的測試與診斷。

　　ControlLogix5555處理器是Allen-Bradley最新一代控制器。與傳統的控制器不同，ControlLogix在其內核（背板）設計中具有通訊能力，原來制約系統通訊的瓶頸得以消除。

　　處理器采用的Logix5555，是32位總線控制器。其控制能力可達168000個數字量、4000個模擬量，不僅能組態控制本地框架輸入輸出模塊，還能組態控制網絡上其他遠程框架的輸入輸出模塊。

　　與傳統PLC不同，ControlLogix背板設計中就有了通信能力，從而大大提高了系統的通信性能。多任務控制模式使回路調節的實時性更強，I/O通訊速度更快。

　　PVC復合.填充.增強劑生產線控制系統采用2臺ControlLogix5555控制器組成冗余熱備,系統上電時2臺控制器竟爭成為主控制器，當主控制器故障時通過1756-SRM冗余模塊立即自動切換到備用的控制器。

　　2）現場總線（DeviceNet）

　　DeviceNet是Rockwell AB開發的基于CANBUS技術的一種現場總線，用于實現低成本、高性能的設備層網絡互連，是國際標準總線，也是國標總線。

　　DeviceNet用于現場設備與控制系統之間的通訊網絡，傳輸速率為125～500Kbps，傳輸最大距離500m，最多節點數為63個，允許在線組態和帶電插拔。

　　DeviceNet支持主從、多主和對等通信，用戶的應用程序和數據可以通過DeviceNet實現設備的有效控制。

　　DeviceNet使用RSNetworx軟件進行網絡管理和組態。可以任選幾種專門定義的組態、打印數據表格、參數對象程序和電子表格等。

　　DeviceNet網絡結構簡單，實時性強，通信模式先進，支持多種通信協議，可根據應用需求動態或靜態分配標識符，在線增減節點，即插即用，是一種理想的設備層現場總線網絡。

　　PVC復合.填充.增強劑生產線控制系統對重要單體設備如高速混合加熱機,錐混機,羅茨風機,研磨機,干燥機采用SCHNEIDER公司ATS48系列軟啟動器實現設備的軟啟動和軟停車,對于精確定量控制采用ABB公司ACS400系列變頻器。

　　軟啟動器和變頻器通過DeviceNet現場總線和ControlLogix5555控制器通訊,通過DeviceNet協議，每個DeviceNet適配器占用三個控制字和狀態字，實現啟停控制，速度給定，狀態監測，頻率和電流顯示及聯鎖控制。

3）控制總線 （ControlNet）

　　ControlNet網是一個開放的高速確定性網絡，它用于傳輸對時間有苛刻要求的信息傳輸。通信速率可達5Mbps，用于改善I/O、控制器互鎖以及對等通信報文傳送的性能。提供實時的控制和對等的通訊服務。

　　ControlNet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，用戶可自行設定網絡交換時間，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（Producer/Consumer）方式，將傳統網絡針對不同站點需多次發送改為一次發送多點共享，減小了網絡發送次數，從而使網絡實時、高效。

　　ControlNet網絡的配置特點是，無論CPU框架還是遠程擴展框架均由通訊模塊（CNBR）掛在ControlNet網絡上，然后由軟件進行管理模塊的歸屬，從而使網絡的擴展和走線十分靈活。系統還可以用以太網通訊模塊作網橋，實現與工廠以太網的連接，真正實現系統的管控一體化。

　　4） 遠程I/O (Remote I/O)

　　托利多（METTLER TOLEDO）稱重儀表能達到1/1000的稱量精度,可實現物料精確定量控制,其1600系列支持AB的RIO網絡，通過DHRIO模塊和ControlLogix5555控制器通訊。

　　每個RIO適配器占用1/4機架（2個I/O組），100ms內控制器和稱重儀表同步，對于重量控制精度可達到零誤差。

　　5） Flex I/O

　　控制網Flex I/O適配器，使用戶能將Flex I/O系統連接到控制網網絡上。

　　總有8種Flex I/O模塊，能夠連接到一個控制網Flex I/O適配器上。每個適配器可連接多達128點離散I/O（或64個模擬通道）到控制網網絡。

　　通過網絡存取端口（NAP），可以訪問本地通信網絡。

　　I/O數據連接能夠劃分模塊或模塊組。對于不同的生產率，每個連接能夠預定。

　　多個處理器和終端能夠共享模塊輸入數據。

　　適配器微控制器程序是可全部閃速（FLASH）升級版本，可通過控制網進行，容易存取新的功能。

　　支持冗余介質（1794-ACNR15）

　　特點：低成本I/O系統，獨立的部件使用戶混合和匹配I/O類型和端接形式。網絡和I/O均有診斷狀態指示器。可帶電插入和卸下模塊。小巧緊湊設計成水平或垂直安裝以節省空間。

　　PVC復合.填充.增強劑生產線控制系統倒料，預混，霧化，研磨，反應，干燥，分級，成品包裝8個單元均采用Flex I/O適配器及模塊進行控制和信號采集,采用冗余介質,保證通訊系統可靠性。

　　6）操作員工作站

　　操作員工作站是對生產線工況進行監視、控制及操作的人機接口，主要完成數據、圖形、狀態的顯示、歷史趨勢圖、歷史數據的存檔、故障報警、故障狀態顯示、故障記錄打印、定時報表打印以及工藝設備選擇、馬達成組啟動、停車、急停、復位和數值給定等控制操作。系統設兩套工作站包括DELL上位計算機兩臺，主頻2.4GHZ P4處理器，256MB內存，80GB硬盤，21寸高分辨率彩色純平顯示器。內置ControlNet網絡適配器。一臺工廠報表打印機。

　　7）工程師工作站

　　系統在ControlNet網絡上配置一臺工程師工作站。工程師工作站是用來開發、編制操作員工作站的應用軟件，規劃和管理控制網絡。系統工程師工作站配有一臺打印機。

　　8）監控組態軟件RSVIEW 32

　　RSVIEW 32是Rockwell Automation 軟件產品中用于數據采集、監控和信息管理的一個工業監控軟件包，它以RSLinx作為與控制系統進行通訊的驅動軟件，RSVIEW 32具有對網絡進行實時監控，模擬工藝流程，以及報警，歷史趨勢和報表等功能。同時它以業界流行的微軟Visual Basic for applications(VBA)作為內置編程語言，可以最大限度地實現對RSVIEW 32項目的擴展和自定義。支持OPC標準，可以快速、方便地與眾多生產制造商的硬件設備實現可靠的通訊，同時還可以作為OPC服務器向其它OPC客戶端提供服務。它與微軟產品實現數據共享。RSVIEW 32的標簽配置、報警配置和數據記錄都與ODBC完全兼容，能最大限度的提高生產率。

　　三．結束語

　　如上所述，Rockwell Automation開發的ControlLogix系列自動化控制系統從上位到下位、從硬件到軟件，在設計和使用中可以做到靈活多變，其強大的網絡通訊能力，無縫連接能力、高速數據傳輸、可組態性、工業化、集成化以及其緊湊的結構等諸多特點，能滿足用戶的各種要求。其先進的網絡通訊技術、豐富的通訊接口模件，獨特的背板結構、適中的價格及ControlLogix網關的專用硬件平臺，使得ControlLogix系列計算機控制系統配置非常靈活簡便，既可以配置成小到一個獨立的處理器和框架內的I/O模塊組成，又可以配置成大到與各種網絡鏈路連接，應用場合不受限制。非常適用于控制比較分散且空間狹小的地方，是分布式處理，分布式I/O控制系統的理想選擇。ControlLogix系統具有很強的抗干擾能力，適合化工車間強磁干擾、高腐蝕環境，運行安全、可靠。