曹鵬

【摘 要】工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)以其控制靈活、分散控制、信息共享、優(yōu)化企業(yè)生產(chǎn)過(guò)程、實(shí)現(xiàn)企業(yè)量化管理、提高生產(chǎn)效率等諸多優(yōu)點(diǎn)，被越來(lái)越多地應(yīng)用于自動(dòng)控制系統(tǒng)中。本文主要介紹美國(guó)羅克韋爾公司主推的工業(yè)以太網(wǎng)絡(luò)—EtherNet，并將其應(yīng)用在為倍耐力（Pirelli）兗州分工廠的LCZ-3C一次法全鋼載重子午胎兩鼓成型機(jī)的電控系統(tǒng)中。工業(yè)以太網(wǎng)的使用大大增加了系統(tǒng)的可靠性并提高了系統(tǒng)的整體性能。

【關(guān)鍵詞】以太網(wǎng)；可編程邏輯控制器；變頻器；遠(yuǎn)程輸入輸出

0.引言

倍耐力（Pirelli）輪胎是當(dāng)今世界享有盛名的輪胎公司之一。長(zhǎng)期受到世界著名的汽車制造廠商認(rèn)可， LCZ-3C（兗州）項(xiàng)目就是基于同Pirelli公司的良好合作關(guān)系下，2008年四月按照客戶對(duì)控制系統(tǒng)的需求，為其在中國(guó)的唯一分廠（兗州）分廠所配備的輪胎成型設(shè)備，所開(kāi)發(fā)研制的一款一次法全鋼載重子午胎兩鼓成型機(jī)。其成型采用一次法成型工藝，整臺(tái)成型的生產(chǎn)流程，根據(jù)用戶配置要求配套，在提供合格半成品到工字輪、卷軸或百葉車后，通過(guò)三個(gè)操作者操作，完成從半成品導(dǎo)開(kāi)、貼合、定型、滾壓、反包成型、卸胎全過(guò)程。

1.控制系統(tǒng)構(gòu)成

為了提高整臺(tái)設(shè)備的安全性、性能、可靠性以及易維護(hù)的特性。如圖所示，整臺(tái)成型機(jī)的電氣控制以Rockwell公司GuardLogix系列的1756-L61S安全控制器為控制器平臺(tái)，采用了網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)中的通用工業(yè)協(xié)議（CIP）中的以太網(wǎng)（EtherNet）進(jìn)行通訊，通過(guò)1756-EN2T以太網(wǎng)通訊模塊及西門子工業(yè)SCALANCE X-124非管理型交換機(jī)，把外圍的1734 Point I/O、燈標(biāo)、1791安全模塊及PowerFlex40P變頻器進(jìn)行分布式控制和監(jiān)控。在信息網(wǎng)絡(luò)層采用以太網(wǎng)（EtherNet），同人機(jī)界面（HMI）PanelView Plus之間。對(duì)當(dāng)前LCZ-3C成型機(jī)設(shè)備的生產(chǎn)進(jìn)行監(jiān)控、控制、 故障診斷、報(bào)警信息及管理信息等的處理。運(yùn)動(dòng)控制采用（1756-M16SE）SERCOS接口伺服模塊同Kinetix 6000智能型伺服驅(qū)動(dòng)器及1326AB或MPL型伺服電機(jī)配合使用，完成精度很高的運(yùn)動(dòng)控制。

整臺(tái)成型機(jī)的硬件系統(tǒng)的配置

1.1網(wǎng)絡(luò)選擇及功能分析

工業(yè)以太網(wǎng)EtherNet是一種基于工業(yè)以太網(wǎng)的跨供應(yīng)商開(kāi)放性標(biāo)準(zhǔn)，可以實(shí)現(xiàn)上至公司管理級(jí)，下至現(xiàn)場(chǎng)級(jí)的直接、透明訪問(wèn)。作為IEC 61158的一部分，以國(guó)際以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)（IEEE 802.3）和快速以太網(wǎng)（100Mbit/s）以及交換技術(shù)為基礎(chǔ)。EtherNet基于現(xiàn)行IT標(biāo)準(zhǔn)，并支持TCP/IP協(xié)議，不受任何限制。無(wú)論是工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)安裝技術(shù)、實(shí)時(shí)性能、分布式現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的集成，還是同步運(yùn)動(dòng)控制應(yīng)用；無(wú)論是簡(jiǎn)單的網(wǎng)絡(luò)管理和診斷，還是防止未經(jīng)授權(quán)的訪問(wèn)；無(wú)論是高效、跨供應(yīng)商的開(kāi)放性工業(yè)以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，都可以滿足以上所有的要求。

工業(yè)以太網(wǎng)還具有以下的優(yōu)勢(shì)：

1.1.1應(yīng)用廣泛

以太網(wǎng)是應(yīng)用最廣泛的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，幾乎所有的編程語(yǔ)言如Visual C++、Java、VisualBasic等都支持以太網(wǎng)的應(yīng)用開(kāi)發(fā)。

1.1.2通信速率高

目前，10、100Mb/s的快速以太網(wǎng)已開(kāi)始廣泛應(yīng)用，1Gb/s以太網(wǎng)技術(shù)也逐漸成熟，而傳統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)總線最高速率只有12Mb/s（如西門子Profibus-DP）。

1.1.3資源共享能力強(qiáng)

隨著Internet的發(fā)展，以太網(wǎng)已滲透到各個(gè)角落，網(wǎng)絡(luò)上的用戶已解除了資源地理位置上的束縛，在聯(lián)入互聯(lián)網(wǎng)的任何一臺(tái)計(jì)算機(jī)上就能瀏覽工業(yè)控制現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)“控管一體化”，這是其他任何一種現(xiàn)場(chǎng)總線都無(wú)法比擬的。

1.1.4可持續(xù)發(fā)展?jié)摿Υ?/p>

對(duì)于未來(lái)的工業(yè)自動(dòng)化來(lái)說(shuō)，一網(wǎng)到底及集成架構(gòu)的概念將會(huì)發(fā)揚(yáng)光大，基于上述的綜合原因，所以對(duì)于此設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)，采用了工業(yè)以太網(wǎng)進(jìn)行通訊。

1.2工業(yè)以太網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性

工業(yè)以太網(wǎng)絡(luò)要比商業(yè)上的以太網(wǎng)要求更加穩(wěn)定，可靠，因此對(duì)硬件介質(zhì)上要求的更高。為了提高整臺(tái)設(shè)備的可靠性，主要在以下三個(gè)方面進(jìn)行了硬件的優(yōu)化選擇：

（1）交換機(jī)采用了SIEMENS公司的SCALANCE X124 非管理型工業(yè)交換機(jī)。

（2）網(wǎng)絡(luò)介質(zhì)采用了SIEMENS公司的FastConnect屏蔽雙絞線。

（3）以太網(wǎng)插頭采用了SIEMENS公司的FastConnect RJ45工業(yè)以太網(wǎng)頭。

2.以太網(wǎng)絡(luò)在輪胎機(jī)中的角色

2.1對(duì)于普通遠(yuǎn)程I/O分布控制及數(shù)據(jù)采集

3C項(xiàng)目的RsLogix5000程序截圖

分布式現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備可通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)（EtherNet） 直接連接到工業(yè)以太網(wǎng)中，從而可實(shí)現(xiàn)I/O和控制器之間的高速數(shù)據(jù)交換，顯著提高診斷能力。通過(guò)RsLogix5000軟件對(duì)于分站的數(shù)字量輸入模塊、數(shù)字量輸出模塊以及模擬量輸出模塊進(jìn)行配置組態(tài)，并且自動(dòng)生成相應(yīng)的數(shù)據(jù)標(biāo)簽，通過(guò)GSV指令獲得當(dāng)前1734-AENTR的狀態(tài)，使用相關(guān)的標(biāo)簽在HMI界面上圖形化反應(yīng)出來(lái)，從而使得用戶在遠(yuǎn)程I/O讀取上及網(wǎng)絡(luò)診斷上，更加的一目了然。

2.2對(duì)于安全I(xiàn)/O分布控制及數(shù)據(jù)采集

采用西門子的FC TP屏蔽雙絞線工業(yè)以太網(wǎng)線及TR RJ45的插頭快速地，穩(wěn)定地把設(shè)備1756主機(jī)的GuardLogix和外圍的3個(gè)1791ES-IB8XOBV4安全I(xiàn)/O模塊進(jìn)行分布式現(xiàn)場(chǎng)控制，1791ES-IB8XOBV4有8點(diǎn)的Sink安全輸入，8點(diǎn)的安全輸出（即4對(duì)安全輸出）的安全模塊，安全I(xiàn)/O模塊從而可實(shí)現(xiàn)I/O和控制器之間的高速數(shù)據(jù)交換。

2.3對(duì)于變頻器以太網(wǎng)控制

變頻器采用的是ROCKWEL公司的PowerFlex 40P系列變頻器，變頻器以太網(wǎng)通訊必須配合22-COMM-E這個(gè)通訊卡，當(dāng)在硬件通過(guò)RsLogix5000軟件組態(tài)完成后，會(huì)在程序中自動(dòng)生成符合40P變頻器的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，這樣的設(shè)計(jì)非常方便我們建立程序與變牌器控制之間的接口，在程序中只需我們調(diào)用相應(yīng)的數(shù)據(jù)標(biāo)簽，就可以知道變頻器的狀態(tài)以及不用接很多的控制線，就能執(zhí)行一些比較復(fù)雜的程序。

2.4對(duì)于上位人機(jī)界面HMI的信息通訊

在信息網(wǎng)絡(luò)層采用以太網(wǎng)，從而在人機(jī)界面處實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)設(shè)備的生產(chǎn)進(jìn)行監(jiān)控，控制，故障診斷，報(bào)警信息及管理信息等的處理。整機(jī)輪胎成型機(jī)的實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)是用于控制整機(jī)輪胎工藝及電控系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)它的主要功能是對(duì)輪胎成型生產(chǎn)進(jìn)行監(jiān)控.該系統(tǒng)采用羅克韋爾自動(dòng)化公FactoryTalk View Studio_Machine Edition工業(yè)監(jiān)控圖形組態(tài)軟件制作而成。通過(guò)PanelView Plus以圖形化的方式顯示信息并對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄，這樣操作員及維修人員可以很容易地掌握現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的情況。

HMI人機(jī)界面

實(shí)現(xiàn)了工步的選擇功能，并且顯示出等待信息，警告信息，語(yǔ)言的雙語(yǔ)切換功能，查看控制系統(tǒng)的伺服，變頻器，普通I/O點(diǎn)及安全I(xiàn)/O點(diǎn)的信息，燈標(biāo)信息，急停，安全保護(hù)元件的當(dāng)前監(jiān)控狀態(tài)。

另外，在HMI上可以對(duì)設(shè)備的伺服進(jìn)行標(biāo)定、輪胎配方參數(shù)及設(shè)備參數(shù)進(jìn)行修改。對(duì)于參數(shù)部分的設(shè)計(jì)，將設(shè)備參數(shù)以及涉及到輪胎工藝參數(shù)進(jìn)行分離，而且各自有各自更改的權(quán)限，方便廠家的維護(hù)人員和工藝人員各行其責(zé)，使得管理更規(guī)范化，人性化，而且可以存儲(chǔ)上上百個(gè)輪胎工藝參數(shù)，方便用戶更改規(guī)格，同時(shí)把參數(shù)可以存到外部存儲(chǔ)CF卡上，方便用戶維護(hù)和修改。

3.結(jié)束語(yǔ)

LCZ-3C輪胎成型機(jī)，實(shí)現(xiàn)了集成架構(gòu)及一網(wǎng)到底的控制理念，控制技術(shù)上處于國(guó)內(nèi)領(lǐng)先地位。調(diào)試更加簡(jiǎn)單，縮短了調(diào)試周期；控制系統(tǒng)的擴(kuò)展功能增強(qiáng)；抗干擾及噪聲能力增強(qiáng)；設(shè)計(jì)上更加人性化，維護(hù)簡(jiǎn)單；減少停機(jī)時(shí)間，提高了設(shè)備穩(wěn)定性及效率；在兗州投產(chǎn)使用至今，用戶評(píng)價(jià)良好，系統(tǒng)一直正常穩(wěn)定運(yùn)行，各項(xiàng)性能指標(biāo)均達(dá)到設(shè)計(jì)要求，實(shí)現(xiàn)了良好的控制效果，也為用戶創(chuàng)造了更多的經(jīng)濟(jì)效益。

【參考文獻(xiàn)】

[1]SIEMENS-SIMOTION Industry Ethernet Communication Getting Start user manual.

[2]Rockwell-EtherNet/IP Modules in Logix5000 Control Systems user manual.