[摘 要] 本文主要介紹由ControlLogix、FieldBus和工業(yè)以太網(wǎng)（EtherNet）結(jié)合構(gòu)成的新一代測(cè)控系統(tǒng)在化纖行業(yè)中的應(yīng)用。系統(tǒng)上層網(wǎng)絡(luò)為以太網(wǎng)，下層為現(xiàn)場(chǎng)總線ControlNet和DeviceNet網(wǎng)絡(luò)。本系統(tǒng)在濟(jì)南正昊化纖新材料有限公司中運(yùn)行結(jié)果表明：該系統(tǒng)具有集成成本低、系統(tǒng)穩(wěn)定性和可靠性高的特點(diǎn)。
[關(guān)鍵詞] FCS FieldBus EtherNet ControlNet DeviceNet RSView 32
〔Abstract〕The paper mainly presents the application of a new automation control system which constructed by ControlLogix、Filedbus and EtherNet in fibers industry. The top level of the system is the EtherNet, the lower is the ControlNet and DeviceNet. The system has been running in Jinan Zhenghao Fiber Advanced Company, which verifies that it is a system with low cost, high stability and security.
〔Keyword〕 FCS FieldBus EtherNet ControlNet DeviceNet RSView 32

一 引言

利用嵌入式技術(shù),可以很容易地將以太網(wǎng)技術(shù)引入到工業(yè)測(cè)控領(lǐng)域,與現(xiàn)場(chǎng)總線分工合作，有機(jī)結(jié)合成為解決當(dāng)前中、大型自控系統(tǒng)實(shí)時(shí)性和可靠性矛盾的主要途徑之一。

我們?cè)跐?jì)南正昊化纖新材料有限公司滌綸短纖維后處理控制系統(tǒng)中使用新一代控制系統(tǒng)理念。采用ControlLogix系統(tǒng)，結(jié)合工業(yè)以太網(wǎng)和現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù),進(jìn)行系統(tǒng)集成,使得系統(tǒng)的可靠性、先進(jìn)性、開放性、易維護(hù)性及可擴(kuò)展性大大提高。整個(gè)自動(dòng)化控制過程嚴(yán)格按照滌綸短纖維后處理工藝流程進(jìn)行，并有多級(jí)報(bào)警記錄，完成不同的過程控制，實(shí)現(xiàn)了管控一體化，優(yōu)化和提高了系統(tǒng)控制的性能和效率。

二 控制系統(tǒng)的構(gòu)成與配置

濟(jì)南正昊化纖新材料有限公司目前擁有兩條滌綸短纖維生產(chǎn)流水線，年產(chǎn)量為7萬噸。控制系統(tǒng)采用的是美國(guó)RockWell公司的具有冗余功能的ControlLogix系統(tǒng)，每條生產(chǎn)流水線具有相同的硬件和軟件配置。其硬件結(jié)構(gòu)及網(wǎng)絡(luò)配置如圖（一）所示：

系統(tǒng)下層由美國(guó)羅克韋爾公司的ControlLogix 5555 PLC、Flex I/O、1336-Force變頻器以及歐姆龍小型PLC組成。ControlLogix 5555 PLC與現(xiàn)場(chǎng)Flex I/O之間通過現(xiàn)場(chǎng)總線ControlNet連接；與1336-Force變頻器和歐姆龍小型PLC之間通過現(xiàn)場(chǎng)總線ControlNet和DeviceNet連接。DeviceNet與ControlLogix之間通過1788-CN2DN模塊連接，共同完成滌綸短纖維后處理的過程控制及現(xiàn)場(chǎng)參數(shù)的測(cè)量和控制任務(wù)。

系統(tǒng)上層采用三臺(tái)戴爾工控機(jī)作為監(jiān)控站,其中一臺(tái)作為工程師站，兩臺(tái)作為操作員站。工程師通過工程師站完成網(wǎng)絡(luò)組態(tài)， 建立過程數(shù)據(jù)庫(kù)， 建立流程圖畫面， 編制各種報(bào)表， 設(shè)計(jì)控制程序等功能;操作人員通過操作員站完成對(duì)連續(xù)和非連續(xù)生產(chǎn)過程進(jìn)行監(jiān)視和控制，信號(hào)報(bào)警和報(bào)警打印， 趨勢(shì)打印和顯示， 日志和報(bào)表打印， 流程圖畫面顯示， 系統(tǒng)狀態(tài)顯示等功。每臺(tái)工控機(jī)上個(gè)安裝一塊1784-PCIC卡(把PC機(jī)連上由ControlLogix 5555 PLC與現(xiàn)場(chǎng)Flex I/O之間構(gòu)成的ControlNet網(wǎng)絡(luò)),配以Windows 2000 Server操作系統(tǒng)和美國(guó)羅克韋爾公司的監(jiān)控軟件RSView 32 為運(yùn)行環(huán)境。系統(tǒng)軟件具有豐富的流程操作、監(jiān)控、通信、報(bào)警、管理、趨勢(shì)記錄和診斷功能，完成滌綸短纖維后處理工藝流程控制和各種參數(shù)顯示。信息中心通過EtherNet與工控機(jī)連接,實(shí)時(shí)采集滌綸短纖維后處理控制的各種參數(shù)和生成生產(chǎn)系統(tǒng)報(bào)表,實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)監(jiān)控和協(xié)調(diào)管理功能。

（1）、主控站

濟(jì)南化纖滌綸短纖維后處理的自動(dòng)化控制系統(tǒng)主控站采用的是美國(guó)羅克韋爾公司的具有冗余功能的ControlLogix 系統(tǒng)。ControlLogix 系統(tǒng)具有開發(fā)性能好、可靠性高、診斷功能強(qiáng)、編程功能豐富等優(yōu)點(diǎn)。按照工藝控制功能要求和分散控制的設(shè)計(jì)思想，每條生產(chǎn)線的主控制站系統(tǒng)有兩套硬件完全相同的配置單元,其配置如圖（二）所示。



圖（二）主控站卡組

其中1756-PA72為電源模塊;1756-L55M13為處理器，該處理器具有很大的存儲(chǔ)容量(1.5M)和很強(qiáng)的運(yùn)算功能, 能完成多種操作控制;通過以太網(wǎng)和現(xiàn)場(chǎng)總線ControlNet、DeviceNet網(wǎng)絡(luò)，實(shí)時(shí)接受上一級(jí)指令和對(duì)本單元機(jī)組內(nèi)各控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)協(xié)調(diào)控制。主控系統(tǒng)通過1756-SRM冗余模塊,完成系統(tǒng)的冗余功能;通過1756-CNBR通信模塊,連接ControlNet網(wǎng)絡(luò).實(shí)時(shí)接收和發(fā)送ControlNet網(wǎng)絡(luò)上的信息.

（2）、現(xiàn)場(chǎng)Flex I/O

美國(guó)RockWell 公司生產(chǎn)的Flex I/O 系列產(chǎn)品是一種靈活的、高性能價(jià)格比的適合于分布式應(yīng)用的模塊化I/O系統(tǒng).它可以提供那些由大型的、機(jī)架安裝的I/O系統(tǒng)所能提供的所有功能.通過Flex I/O,可以獨(dú)立地選擇I/O類型和網(wǎng)絡(luò)(Remoto I/O;Profibus-DP; ControlNet;EtherNet/IP等)來滿足飲用的需要. 濟(jì)南正昊化纖新材料有限公司滌綸短纖維生產(chǎn)線中每條生產(chǎn)線配置六個(gè)現(xiàn)場(chǎng)Flex I/O (1-6)站. 現(xiàn)場(chǎng)的Flex I/O站是以點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的接線連接到現(xiàn)場(chǎng)傳感器或現(xiàn)場(chǎng)儀表設(shè)備，完成實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集或控制輸出。由主控站處理器通過ControlNet網(wǎng)絡(luò)下達(dá)的各種命令控制信息，以完成各種實(shí)際操作。現(xiàn)場(chǎng)Flex I/O (1-6)中,各單元分別由適配器模塊(1794-ACRN15);開關(guān)量輸入/輸出模塊(1794-IB16XOB16P;1794-IB16;1794-OB16);模擬量輸入/輸出模塊(1794-IE8,1794-OE8)和RTD模塊(1794-IR8)組成.以現(xiàn)場(chǎng)Flex I/O—2為例,其配置如圖（三）所示。



圖（三）現(xiàn)場(chǎng) Flex I/O-2

其中1794-ACRN15是一種適配器模塊,用于Flex I/O連接ControlNet網(wǎng)絡(luò)并與主控系統(tǒng)進(jìn)行通信,傳遞各種信號(hào)和命令的通道。每個(gè)適配器可以驅(qū)動(dòng)8個(gè)端子模塊,允許最大點(diǎn)數(shù):256點(diǎn)數(shù)字I/O，64點(diǎn)模擬I/O輸入，32點(diǎn)模擬I/O輸出。1794-IR8是RTD輸入模塊,它提供(16位)8路RTD輸入,能將現(xiàn)場(chǎng)鉑電阻信號(hào)直接轉(zhuǎn)換成數(shù)字量信號(hào),大大提高控制的速度和精度.

（3）設(shè)備層DeviceNet現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)

濟(jì)南正昊化纖新材料有限公司現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層采用現(xiàn)場(chǎng)總線DeviceNet，DeviceNet的特點(diǎn)有：減少安裝成本和硬件的費(fèi)用;減少啟動(dòng)時(shí)間; 開放的技術(shù)和有獨(dú)立的組織管理—ODVA.采用Producer/Consumer技術(shù);同一電纜中包括動(dòng)力線和信號(hào)線;移出、插入和替換設(shè)備無需斷電;在線組態(tài)網(wǎng)絡(luò)（初始化和運(yùn)行時(shí)）;自動(dòng)重新組態(tài)所替換的故障設(shè)備.
系統(tǒng)中現(xiàn)場(chǎng)總線DeviceNet主要用于1336-Force變頻器、歐姆龍PLC和主控系統(tǒng)之間的連接. 通過DeviceNet網(wǎng)絡(luò)接收和發(fā)送變頻器的上百個(gè)參數(shù)實(shí)時(shí)顯示和實(shí)時(shí)控制;同時(shí)保證歐姆龍PLC所采集的烘干、切斷和打包等現(xiàn)場(chǎng)單元所有數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳送到上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng).通過DeviceNet網(wǎng)絡(luò)把采集的數(shù)據(jù)和相關(guān)的處理和控制信息通過ControlNet和以太網(wǎng)傳輸?shù)焦芾韺?實(shí)現(xiàn)了管控一體化.

(4) 動(dòng)力單元

濟(jì)南正昊化纖新材料有限公司滌綸短纖維生產(chǎn)線中動(dòng)力單元選用美國(guó)A-B公司1336 FORCE變頻器. 1336 FORCE變頻器在傳統(tǒng)交流變頻器的基礎(chǔ)上集成了高性能的馬達(dá)控制、數(shù)字通訊和先進(jìn)的動(dòng)力結(jié)構(gòu)。同時(shí)1336 FORCE變頻器提供非常簡(jiǎn)單的參數(shù)設(shè)定和操作、罕見的靈活性和突出的控制功能。

1336 FORCE變頻器使用的IGBT（絕緣柵雙極型三極管）功率模塊和高級(jí)的控制算法，以提供任何速度下的平穩(wěn)的性能、超常的轉(zhuǎn)矩，使電動(dòng)機(jī)低噪聲、高效率的運(yùn)行。

1336 FORCE變頻器具備基于DeviceNet現(xiàn)場(chǎng)總線接口外，最大可連接64個(gè) FORCE 逆變器、采用廣播方式進(jìn)行通訊，提供標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)的編程.有了此功能,充分保證同步控制的可靠性.

三、實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)

濟(jì)南正昊新材料有限公司滌綸短纖維生產(chǎn)線的人機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)由位于主控室的兩套R(shí)SView 32計(jì)算機(jī)操作員站和一套R(shí)SView 32工程師站組成。操作員站和工程師站安裝Windows 2000操作系統(tǒng)作為RSView 32運(yùn)行平臺(tái)。監(jiān)控系統(tǒng)通過工業(yè)以太網(wǎng)（EtherNet）與ControlLogix 系統(tǒng)通信，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控。

監(jiān)控系統(tǒng)由系統(tǒng)主畫面和100多幅子畫面組成，全面直觀反映了滌綸短纖維生產(chǎn)的全部過程。畫面之間的切換用鼠標(biāo)簡(jiǎn)單的擊點(diǎn)工藝畫面鍵或功能指示鍵即可,操作十分簡(jiǎn)便。

（1）監(jiān)控畫面及主要功能

主要功能畫面有：
反映設(shè)備狀態(tài)的生產(chǎn)準(zhǔn)備畫面，反映網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)配置的示意圖，如系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)及網(wǎng)絡(luò)連接圖，監(jiān)視操作站和PLC的工作狀態(tài)，并監(jiān)視操作站與主控系統(tǒng)、現(xiàn)場(chǎng)Flex I/O和動(dòng)力單元之間的通訊網(wǎng)狀態(tài)。

反映實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)圖，如生產(chǎn)工藝流程圖;PID控制圖;同步控制系統(tǒng)圖等,直接顯示滌綸短纖維后處理過程中的所有工藝參數(shù)，PID調(diào)節(jié)中的各個(gè)參數(shù)及同步控制中各個(gè)參數(shù)。通過對(duì)這些參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，保證了系統(tǒng)的穩(wěn)定性同步控制的可靠性。

該監(jiān)控系統(tǒng)具有很強(qiáng)的報(bào)警和數(shù)據(jù)管理功能。在滌綸短纖維后處理的過程中，各類工藝參數(shù)或設(shè)備發(fā)生異常時(shí)，除了他們所在的畫面會(huì)自動(dòng)顯示出來，故障總表中會(huì)記錄故障發(fā)生的時(shí)間、來源和恢復(fù)的時(shí)間。便于及時(shí)找出故障原因并予以排除，提高了現(xiàn)場(chǎng)處理故障的能力。各類工藝參數(shù)或設(shè)備的數(shù)據(jù)根據(jù)用戶的需要可以實(shí)時(shí)保存在各個(gè)系統(tǒng)所對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)庫(kù)里，同時(shí)根據(jù)用戶的設(shè)定一個(gè)星期或一個(gè)月或一年或幾年數(shù)據(jù)庫(kù)更新一次。按照工藝的要求，實(shí)時(shí)或定時(shí)從數(shù)據(jù)庫(kù)里打印各種報(bào)表，如各班生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)表、日生產(chǎn)量表、月生產(chǎn)量表和各種故障信息表。

（2）系統(tǒng)的安全策略

本系統(tǒng)的安全策略，利用Windows 2000和RSView 32提供的雙重安全功能。Windows 2000在企業(yè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)層面負(fù)責(zé)管理操作人員或系統(tǒng)管理員登錄，而RSView 32通過設(shè)置不同的安全級(jí)別在應(yīng)用層面對(duì)用戶的操作權(quán)限進(jìn)行控制，從而保證系統(tǒng)和正常操作，防止越權(quán)操作。為保證系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行，監(jiān)