【摘 要】本文是Green公司CO2膨脹煙絲配套生產(chǎn)線電控系統(tǒng)下的一個子項目，主要論述AB 1336 PLUS Ⅱ變頻器在其生產(chǎn)線基于AB Devicenet總線控制系統(tǒng)中的具體應用，并在集中監(jiān)控層利用Rockwell公司強大的人機界面軟件RSView32進行組態(tài)，實現(xiàn)了對變頻器的遠程監(jiān)控。
【關(guān)鍵詞】Devicenet，RSView32 ，1336變頻器 ，標簽
Abstract In this article the author generally introduces the application of Rockwell 1336 PLUS Ⅱ transducer in FCS control System of Dry Ice Explode Tobacco plant in Green Co.LTD，which is a accessory project of plant control System. Configuring drivers with Rockwell RSView32 software in the monitor and control level of control system，the remote monitor and control of transducer is finished.
Key words : Devicenet ，RSView32，1336變頻器，標簽
前言
傳統(tǒng)的PLC實行集中控制，所有的電纜都必須連接至PLC控制柜，布線和接線相當繁瑣。變頻器本身有動力線和控制線，在大型生產(chǎn)線中應用較多，如遇大規(guī)模的改造，其重新布線的工程量和費用較多。AB Devicenet總線控制系統(tǒng)具有設計方便、結(jié)構(gòu)靈活、安裝簡便的特點，省去了大量的柜間聯(lián)線，減少了安裝費用。編程軟件和組態(tài)軟件具有在線故障診斷功能，使調(diào)試和維護更方便。本文主要論述AB 1336 PLUS Ⅱ變頻器在Green公司CO2膨脹煙絲配套生產(chǎn)線基于AB Devicenet總線控制系統(tǒng)中的具體應用。
1 現(xiàn)場總線概述
近年來，隨著控制技術(shù)、計算機技術(shù)和網(wǎng)絡技術(shù)的快速發(fā)展，測控技術(shù)、計算機控制和通信領(lǐng)域的結(jié)合應用已經(jīng)成為大勢所趨。工業(yè)自動化目前正朝現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)方向發(fā)展?；诂F(xiàn)場總線的控制系統(tǒng)（FCS）成為新一代的工業(yè)控制系統(tǒng)，將逐步取代傳統(tǒng)的DCS，這是技術(shù)發(fā)展的必然要求。
現(xiàn)場總線（field bus）是用于最終控制設備與上層自動化控制設備之間的雙向串行通信鏈絡，采用可進行簡單連接的雙絞線等作為總線，具有結(jié)構(gòu)簡單，執(zhí)行協(xié)議直觀，價格低廉等優(yōu)點，同時性能又能令人滿意。同時并按公開、規(guī)范的通信協(xié)議，在位于現(xiàn)場的多個微機化測量控制設備之間及現(xiàn)場儀表與遠程監(jiān)控計算機之間，實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸與信息交換，形成各種適應實際需要的自動控制系統(tǒng)[1]。
Devicenet是一種低成本的基于CAN（Controller Area Network）通訊總線，用于連接工業(yè)設備與網(wǎng)絡的現(xiàn)場總線，其特點是低成本、開發(fā)容易、支持的廠家多，并且不需要昂貴的連接線路。由美國羅克韋爾公司支持的DeviceNet是IEC62026標準之一，網(wǎng)絡介質(zhì)可采用五線制電纜，它包括了二條信號線，二條24V電源線和一條屏蔽線。DeviceNet設備可以從網(wǎng)絡上直接獲得電源，并能在線地從網(wǎng)絡上連接和切下設備。網(wǎng)絡提供的電源為8安培，還可以增加冗余的電源。[2]
2 案例廠家的電控方案
該生產(chǎn)線工藝流程復雜，系統(tǒng)設備控制較多，分布在三層工房內(nèi)，控制點多且位置分散。廠家為避免傳統(tǒng)控制系統(tǒng)需敷設大量電纜，給設計、施工、調(diào)試和維護帶來很大麻煩的缺點，經(jīng)綜合考慮采用采用基于設備控制層、集中監(jiān)控層和生產(chǎn)管理層的三層管控一體化電控系統(tǒng)：
其設備控制層為AB的Devicenet網(wǎng)，主要控制底層設備；
集中監(jiān)控層主站SLC504 PLC通過機架插槽上的控制網(wǎng)模塊，通過同軸電纜上與Contrologix5550 PLC以及監(jiān)控機等上AB的Controlnet控制主網(wǎng)；
生產(chǎn)管理層與集中監(jiān)控系統(tǒng)通過Ethernet網(wǎng)絡連接，兩臺監(jiān)控機工作站、服務器、數(shù)據(jù)處理機、工程師站、質(zhì)檢室工作站及打印機，均建立在同一個工業(yè)以太網(wǎng)上,與底層的設備控制層共同構(gòu)成三級管控一體化控制系統(tǒng)。
3 變頻器上Devicenet網(wǎng)的討論
該系統(tǒng)把集中監(jiān)控系統(tǒng)、生產(chǎn)管理系統(tǒng)及設備控制層主站PLC集中于中央控制室內(nèi)。設備控制系統(tǒng)設電控柜組及分布式I/O現(xiàn)場操作箱，負責直接控制現(xiàn)場設備及信息交換?，F(xiàn)場控制系統(tǒng)主站PLC一是采用AB公司的Controllogix5550，其上配置一塊Controlnet網(wǎng)卡[2]、三塊Devicenet網(wǎng)卡和一塊DH+網(wǎng)卡。[3]另一主站SLC504通過1756-CNBR模塊上Controlnet網(wǎng)進行通信。電控柜組及現(xiàn)場操作箱均通過FlexI/O接入Devicenet網(wǎng)[3]。在電控柜組上設置Panelview1400作為現(xiàn)場操作界面，Panelview1400具備Devicenet接口適配器，與Devicenet網(wǎng)連接。
從以上配置來看，采用 Devicenet總線利于發(fā)揮其低成本、二次開發(fā)容易的特點，并且不需要昂貴的連接線路。若變頻器不上總線，按原控制模式放在本地，如通過PLC輸入輸出模塊接聯(lián)接線則還有線纜較多的毛?。蝗鐚⒖刂凭€接入本地子站則浪費I/O點，增加了I/O的模塊數(shù)，浪費投資。若變頻器上總線則需要投入一部分接口卡1203-GK5的投資，但可通過總線實現(xiàn)控制節(jié)省了I/O點，[4]也能充分利用已計劃投入的 DeviceNet器件接口和費用，特別是能實現(xiàn)遠程控制，包括本地和中控模式的手自動設置和頻率的設置，自動化程度高，且變頻器放在控制柜內(nèi)一是可方便維護，二上可降低保護等級和費用。
經(jīng)以上討論和權(quán)衡，廠家決定變頻器上Devicenet網(wǎng)。
4 解決方案
4.1軟硬件配置
序號 名稱 型 號
1 設備網(wǎng)通訊模塊 1203-GK5
2 變頻器 1336F-BRF20-AA-EN-L4 (1.5KW)8臺
3 變頻器 1336F-BRF30-AA-EN-L4 (2.2KW)16臺
4 手持操作器 1201-HA2
5 手持操作器連接電纜 1202-H30
6 安裝支座 1201-DMA
7 連接電纜 1202-C10（1米）
8 Devicenet網(wǎng)組態(tài)軟件 RSNetWorx for DeviceNet（原有）
9 人機界面軟件 RSView32（原有）
4.2 1336PlusII變頻器建立通訊的方法
1336 PLUS II變頻器通過網(wǎng)卡1203-GK5接入Devicenet網(wǎng)絡，并經(jīng)PLC 基架中的1756-DNB模板連接，與PLC ControlLogix5550通訊，實現(xiàn)對電機的控制，可讀取變頻器狀態(tài)字、運行頻率、變頻器溫度及電機電流等大量過程參數(shù),見附圖1。
圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
RSView 32人機界面軟件，不直接和底層設備進行通訊，而是通過PLC作為數(shù)據(jù)傳輸接口，即通過controlnet控制網(wǎng)絡與PLC進行通訊，PLC再通過1756-DNB模板、Devicenet網(wǎng)絡及網(wǎng)卡1203-GK5作為數(shù)據(jù)傳輸載體與1336 PLUS II變頻器通訊。
如此使RSView32能夠方便、快捷與變頻器進行數(shù)據(jù)傳送，只需在控制室監(jiān)控機上遠程更改參數(shù)即可。1336 Plus II變頻器通過Devicenet網(wǎng)絡得到了智能化控制，達到遠程控制目的。
4.3 1336PlusII變頻器的底層控制的路徑
4.3.1 網(wǎng)卡1203-GK5接入
該模塊用于連接設備網(wǎng)和帶有SCANport接口的設備，如圖2所示?？刂破骶钟蚓W(wǎng)絡CAN是一種流行的、可靠的接口技術(shù)。A-B公司開發(fā)的SCANport接口正是基于CAN接口標準下開發(fā)研制的，作為變頻器和其他網(wǎng)絡設備的通訊接口。通過SCANport接口，A-B公司的變頻器可以連接在設備網(wǎng)上，并作為設備網(wǎng)上的一個節(jié)點，和網(wǎng)絡上的其他設備進行組態(tài)通訊。
圖2 1203-GK5外觀示意圖
該模塊背板上有兩排DIP開關(guān)，用于設置節(jié)點號、波特率、數(shù)據(jù)通道等，如圖3所示。在1203-GK5上DIP開關(guān)SW1出廠設置值為： SW1-1=0，SW1-2=0，SW1-3=0，SW1-4=0，SW1-5=0，SW1-6=0，SW1-7=0，SW1-8=0?，F(xiàn)場DIP開關(guān)SW1值就是采用出廠設置值，如圖3所示。DIP開關(guān)SW2組DIP撥碼1-6用來設定地址，出廠默認值為63，按二進制計算。SW2-1～SW2-6設定設備網(wǎng)節(jié)點地址，出廠設置節(jié)點地址為111111（2），63（D），按SW2-6，SW2-5，SW2-4…SW2-1由大到小順序排列，節(jié)點地址范圍為0～63。具體節(jié)點地址可根據(jù)編程需要設定。SW2-7～SW2-8設定數(shù)據(jù)傳輸速率，出廠設置數(shù)據(jù)傳輸速率為125K。我們采用的保持125K不變。
圖3 1203-GK5背板開關(guān)示意圖
圖4 1203-GK5背板DIP開關(guān)SW1設置示意圖
用Devicenet網(wǎng)線的連接方法：按顏色連接，網(wǎng)線的5根線說明：V+（紅線）、CANH（白線）、SHIELD（亮線）、CANL（藍線）、V-（黑線）；在V+（紅線）、V-（黑線）上外接24VDC電源（柜內(nèi)已有）；使用網(wǎng)卡1203-GK5時選擇ADAPTER 2；各項參數(shù)可以使用硬件DIP開關(guān)設置，也可以在配置軟件中通過參數(shù)設置（使用軟件參數(shù)設定網(wǎng)絡地址SW2-7、SW2-8必須在ON位置）。
4.3.2 1756-DNB Devicenet 掃描器接口模塊態(tài)
1756-DNB設備網(wǎng)掃描模塊是Devicenet設備與ControlLogix機架之間的接口。掃描器模塊通過網(wǎng)絡與 DeviceNet設備通訊，它相當于一個存儲器，存儲DeviceNet上的設備信息，并供處理器進行讀寫操作。實現(xiàn)：從設備讀輸入數(shù)據(jù)和寫輸出數(shù)據(jù)；給設備下載組態(tài)數(shù)據(jù)；監(jiān)視設備工作狀態(tài)。掃描器模塊與ControlLogix機架內(nèi)的ControlLogix控制器進行通訊，從而提供I/O數(shù)據(jù)、狀態(tài)信息和組態(tài)數(shù)據(jù)。它不斷的對DeviceNet上所連的設備進行掃描，并且用新的掃描結(jié)果更新DeviceNet上的設備映象到處理器內(nèi)存中輸入部分地址以便于處理器進行數(shù)據(jù)處理，同時，把處理器處理的結(jié)果的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)送到DeviceNet設備網(wǎng)中。
1756-DNB模塊與它的設備之間沒有建立連接；因此，控制器與Devicenet設備之間沒有建立連接。1756-DNB模塊只是充當掃描器的作用，將來自它的設備的所有數(shù)據(jù)收集打包，通過映象傳送到控制器。當然，控制器也可以使用MSG指令直接將信息傳送給DeviceNet設備或接收來自DeviceNet設備的信息。
4.3.3 PLC與變頻器I/O工作圖表
ControlLogix 5550 PLC與1336 PLUS Ⅱ變頻器I/O工作示意如圖5所示。
圖5 1336PlusII映射表
4.3.4 設備網(wǎng)組態(tài)
以RSNetWorx for Devicenet軟件進行設備網(wǎng)掃描，將1336PlusII變頻器的設備信息映射到1756-DNB模塊里。RSNetWorx for DeviceNet是基于32位的Windows應用程序，它能夠提供設備網(wǎng)組態(tài)，使用圖形或電子數(shù)據(jù)表格，組態(tài)設備網(wǎng)上所有的設備。通過1336PlusII EDS文件進行人工掃描，把設備的各種信息一步步掃瞄到網(wǎng)絡上。EDS（電子數(shù)據(jù)表）是一個專門由設備制造商提供的文本文件，該文件存儲設備的各種重要信息，包括參數(shù)信息、輸入/輸出信息等，圖6為掃描上來的1336PlusII變頻器組態(tài)界面。當把變頻器掃描上來時，就可以從變頻器上載參數(shù)到設備網(wǎng)上，可以在組態(tài)界面上觀察到變頻器的各個參數(shù)；也可以下載參數(shù)到變頻器來完成任務。
圖6 RSNetWorx for Devicenet組態(tài)界面
所有1336 PLUS II變頻器都利用Adapter2掃描口通過1203-GM5通訊模塊與PLC 掃描器模塊形成Devicenet設備網(wǎng)現(xiàn)場總線。變頻器的所有控制（啟動，停止，加速，減速等）和反饋（變頻器的工作狀態(tài)）都通過設備網(wǎng)的控制字和狀態(tài)字來實現(xiàn)。由變頻器設定哪些參數(shù)與其連接 ,從而實現(xiàn)PLC對這些參數(shù)的讀寫; 將變頻器的常用監(jiān)控參數(shù) ,如加減速時間、多個預置頻率、實際輸出電流電壓、故障代碼等參數(shù)設定到Data In/Out上 ,通過映射方式 ,PLC對變頻器就可實現(xiàn)一般功能的監(jiān)控。這樣，不但節(jié)省了大量的電纜和布線工作，也極大提高了可靠性，大大降低了故障率。
4.4變頻器的遠程控制
通過組態(tài)RSView32人機界面軟件完成上位機的人機接口控制和參數(shù)監(jiān)控，從而實現(xiàn)變頻器的遠程控制。通過建立標簽(tag) ,使之與需監(jiān)控的I/ O 點相關(guān)聯(lián),RSView32 可不斷獲取或刷新標簽數(shù)據(jù),從而達到控制現(xiàn)場設備的目的。RSView32 提供了許多基本圖形工具,并帶有常用圖形庫。用戶也可建立自己的圖形庫。作圖時直接將圖形對象拖入視圖中即可。圖形對象有其對應的屬性值,如位置、顏色、旋轉(zhuǎn)、可視性等,在操作和監(jiān)控過程中,通過改變這些屬性的值,可使圖形呈現(xiàn)動畫特點?？捎涗浀臄?shù)據(jù)可以是動作(Activity) 、標簽( tag) 、報警(alarm) 等。動作包括命令、宏的執(zhí)行,系統(tǒng)信息采集等。記錄的標簽數(shù)據(jù)可以用來生成趨勢圖,而報警記錄則可以用于故障分析和事故追蹤, 它們分類存儲在不同的記錄文件里。用戶可自定義需要記錄的數(shù)據(jù),記錄文件的生成、刪除方式等。
以下重點介紹如何用RSView32 設計控制系統(tǒng)的人機界面。
設計包括了以下步驟:
(1) 設置通道和節(jié)點。RSView32 可以同時監(jiān)控4 個通道,本例通過控制網(wǎng)controlnet與PLC ControlLogix通信,通道類型應設為控制網(wǎng),節(jié)點應與PLC 的設定值相同。
(2) 創(chuàng)建圖形對象。圖形是人機交流的主要工具,本例中的圖形對象分為兩部分,即變頻器參數(shù)調(diào)節(jié)畫面和膨脹煙絲線前后端配套設備的工作界面。前者包括變頻器的一些重要參數(shù),如頻率設定、加減速時間等,這些參數(shù)也可以從變頻器的面板上設置;后者包括膨脹煙絲線前后端配套設備的實物流程圖片和一些指示燈、按紐等。[5]
(3) 設置標簽或衍生標簽。標簽是RSView32 與外界通信的手段,可以用來控制實際對象。有些標簽直接與設備上的輸入輸出點相聯(lián)系,另一些則是它們的衍生或者系統(tǒng)中所用的變量。[6]
(4) 給圖形對象添加動畫。只有給圖形對象添加了動畫標簽,才能使之與實際的硬件設備聯(lián)系起來。用戶通過人機界面的操作,便能夠遠程調(diào)節(jié)變頻器參數(shù)及膨脹煙絲線前后端配套設備整條線的工作。另外為了使工作圖片更加形象逼真,還作了一些技術(shù)處理,如用切片機圖形的片煙動態(tài)進料及切刀的動作來表示物料輸送的狀態(tài)和切片機的主要動作，這樣在改變磨削速度時,操作者有更為直觀的現(xiàn)場感受。圖7 是本例的膨脹煙絲線前后端配套設備工作界面。
圖7 以RSView32設計的整線一工作界面
同時，也實現(xiàn)了對電機的遠程啟動、停止和頻率的實時控制，圖8 是1336 PLUS II變頻器頻率的中控設置。
圖8 1336 PLUS II變頻器頻率的中控設置
5 結(jié)語
經(jīng)過調(diào)試, 以RSView32設計的整線工作界面可以正常與控制網(wǎng)通信,并可直接控制變頻器及PLC上的與工況相關(guān)的I/ O 點,證明整個組態(tài)和通信正確。在中控監(jiān)控機上可以監(jiān)控1336 Plus II變頻器,也可以控制各子站的輸出, 此種控制方式可以通過軟件察看或修改1336 PLUS II變頻器內(nèi)部的300多條參數(shù)，如電機的電流、溫度、轉(zhuǎn)速等都可以由Devicenet網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)采集獲得，只需在控制室觸摸屏或監(jiān)控機上遠程更改參數(shù)即可。1336 Plus II變頻器通過DeviceNet網(wǎng)絡得到了智能化控制。
另外整個中控及變頻器操作工作界面簡單、直觀,能適應實際工作場合,達到了預定效果。使用網(wǎng)絡通訊比傳統(tǒng)的控制方式具有接線數(shù)量減少，采集變頻器的數(shù)據(jù)多，節(jié)約電能、抗干擾能力強等優(yōu)點，具有很高的推廣價值。
參考文獻：
[1] 羅克韋爾自動化控制網(wǎng)網(wǎng)絡系統(tǒng)概貌 1.5版本
[2] 羅克韋爾自動化設備網(wǎng)(Devicenet)產(chǎn)品概貌
[3] ControlLogix系統(tǒng)用戶手冊
[4] 1336 PLUSⅡ變頻器用戶手冊
[5] 張明光.RSView32工控組態(tài)軟件功能分析和應用舉例.自動化儀表，2002，23（6）
[6] RSView32 manuals, Rockwell Automation
