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      基于現(xiàn)場(chǎng)總線的包裝設(shè)備電氣控制系統(tǒng)

      2019-09-10 07:22:44王少華
      企業(yè)科技與發(fā)展 2019年1期
      關(guān)鍵詞:現(xiàn)場(chǎng)總線通信協(xié)議網(wǎng)絡(luò)

      王少華

      【摘 要】針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)在包裝設(shè)備中的應(yīng)用實(shí)例,從工藝要求、控制方案擬定和控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)進(jìn)行研究,采用現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)可以使控制系統(tǒng)的體積小、控制靈活、故障檢測(cè)容易,提高生產(chǎn)效率。

      【關(guān)鍵詞】現(xiàn)場(chǎng)總線;通信協(xié)議;信息;網(wǎng)絡(luò)

      【中圖分類號(hào)】TP242.2 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】1674-0688(2019)01-0074-02

      現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)發(fā)展與應(yīng)用徹底改變了傳統(tǒng)低壓電器控制的結(jié)構(gòu),使低壓電器控制設(shè)計(jì)產(chǎn)生了深刻變革。

      一些主要生產(chǎn)可編程控制器的廠家根據(jù)市場(chǎng)結(jié)構(gòu)需求調(diào)整產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和策略,將現(xiàn)場(chǎng)總線作為控制系統(tǒng)中的底層網(wǎng)絡(luò)(如DeviceNet)。Siemens公司的S7-200型CPU模塊可以提供Profibus-DP接口,傳輸速率可達(dá)12Mbps,可經(jīng)雙絞線或光纖電纜連接127個(gè)節(jié)點(diǎn),用雙絞線可以傳輸23.8 km距離的信號(hào)。Rockwell公司生產(chǎn)的PLC5系列可編程控制器通過(guò)Profibus處理器模塊能與其他廠家共享Profibus通信協(xié)議的設(shè)備通信。美國(guó)AB公司的模塊式可編程控制器以SLC5/03CPU為核心,配置了1747-SDN網(wǎng)絡(luò)適配器與DeviceNet通信。可編程控制器與現(xiàn)場(chǎng)總線結(jié)合之后,極大地拓寬了它的應(yīng)用領(lǐng)域,也極大地提高了它的性能,更是使電氣控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)發(fā)生了徹底的變化。

      1 PLC與DeviceNet構(gòu)成的自動(dòng)控制系統(tǒng)

      下面以包裝生產(chǎn)線控制系統(tǒng)為例介紹此類控制系統(tǒng)。

      1.1 工藝要求

      包裝生產(chǎn)線產(chǎn)品輸送系統(tǒng)由前輸送線、中輸送線、總成輸送線等共8條輸送線組成。其中左、右側(cè)輸送線均由4臺(tái)雙軌輸送機(jī)和1臺(tái)運(yùn)輸車組成,為輸送線中較為復(fù)雜的部分。其中左側(cè)輸送線有L10、L20、L30及L40等4個(gè)工位,如圖1所示。各工位間使用雙軌輸送機(jī)傳送工件,為了便于結(jié)構(gòu)調(diào)整和工位間的動(dòng)作協(xié)調(diào),在L10、L20和L20、L30之間設(shè)置中間等候工位。另外,地面轉(zhuǎn)運(yùn)車AGV在3號(hào)輸送機(jī)和上線機(jī)間運(yùn)送工件,用來(lái)把小包物品送到主干線上,整個(gè)輸送過(guò)程時(shí)間和空間協(xié)調(diào)一致。

      1.2 控制方案擬定

      右側(cè)輸送線與左側(cè)輸送線結(jié)構(gòu)基本相同。整個(gè)輸送線要求動(dòng)作協(xié)調(diào),速率可調(diào)節(jié),檢測(cè)裝置設(shè)置準(zhǔn)確。在這種情況下使用傳統(tǒng)的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接方式已不能滿足包裝輸送線工藝要求。

      而DeviceNet是一種低價(jià)位的現(xiàn)場(chǎng)總線,是具有數(shù)據(jù)傳輸可靠、響應(yīng)時(shí)間快、抗干擾能力強(qiáng)、安裝快捷等特點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)。DeviceNet通信電纜由5芯導(dǎo)線組成:無(wú)色為屏蔽接地,紅、黑分別為24VDC電源的兩極,藍(lán)色為CANH,白色為CANL(CANH和CANL為通信總線)?,F(xiàn)場(chǎng)的傳感器和執(zhí)行器均可通過(guò)DeviceNet通信電纜連接。

      1.3 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

      現(xiàn)場(chǎng)總線模塊主要采用TURCK公司的DeviceNet產(chǎn)品。選用美國(guó)AB公司的SLC5/03CPU為核心部件,用1747-SDN網(wǎng)絡(luò)適配器,底層采用TURCK公司的T型分支器、無(wú)源四分支器、Busstop現(xiàn)場(chǎng)端子式模塊等組成DeviceNet控制系統(tǒng)。左側(cè)輸送電氣控制系統(tǒng)組成如圖2所示。

      DeviceNet連接好后,網(wǎng)絡(luò)適配器上顯示00時(shí)表示系統(tǒng)工作正常。

      DeviceNet硬件系統(tǒng)連接時(shí)注意事項(xiàng):①每個(gè)通道最多能連接地址不能重復(fù)64個(gè)站,當(dāng)波特率為125 K時(shí),最遠(yuǎn)通信距離為500 m。②網(wǎng)絡(luò)首端和末端必須安裝終端電阻。③DeviceNet只能有一點(diǎn)接地。

      以上工作完成后,就可以進(jìn)行軟件編程。軟件程序內(nèi)容較多,此處因篇幅的關(guān)系略去。

      與傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)相比,使用現(xiàn)場(chǎng)總線后,自控系統(tǒng)的配線、安裝、調(diào)試和維護(hù)等方面的費(fèi)用可以節(jié)約1/3~2/3。

      2 基于可編程控制器-現(xiàn)場(chǎng)總線的多級(jí)分布控制系統(tǒng)

      PLC通過(guò)Profibus與上位機(jī)通信,將各回路的控制信息向上傳送,并接收來(lái)自上位機(jī)的各種監(jiān)控信息;通過(guò)DeviceNet連接和控制包括智能電動(dòng)機(jī)保護(hù)器、智能電動(dòng)機(jī)控制器、拖動(dòng)裝置、接觸器、驅(qū)動(dòng)器、軟起動(dòng)器、電動(dòng)機(jī)保護(hù)器和各種檢測(cè)裝置等現(xiàn)場(chǎng)裝置與設(shè)備,而連入該網(wǎng)絡(luò)的現(xiàn)場(chǎng)智能設(shè)備本身就具有很強(qiáng)的控制功能。如采用的智能斷路器,其自身就具有測(cè)量、控制、報(bào)警、數(shù)據(jù)記憶及通信等功能。與過(guò)去的控制系統(tǒng)相比,一是實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的高度分散,二是體現(xiàn)了所謂的“智能下移”的思想,三是在現(xiàn)場(chǎng)總線中的智能設(shè)備能充分發(fā)揮其智能產(chǎn)品的優(yōu)勢(shì),實(shí)現(xiàn)高度的信息集成。

      在這種新型的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)中,設(shè)備監(jiān)控上位機(jī)的監(jiān)控軟件通常選用標(biāo)準(zhǔn)工控系統(tǒng)組態(tài)軟件。組態(tài)軟件(Configuration Software)相當(dāng)于一種用戶程序生成器,是自動(dòng)化系統(tǒng)的一種隨工業(yè)系統(tǒng)可變因素進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)的人機(jī)界面,是一種方便靈活,而且易于修改和維護(hù)的軟件平臺(tái)。

      組態(tài)軟件包通常具有立體動(dòng)態(tài)圖形、趨勢(shì)圖、報(bào)表功能、報(bào)警功能、DDE動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)交換功能,同時(shí)具備SPC質(zhì)量管理功能、監(jiān)控語(yǔ)言編程功能、多級(jí)功能及TCP/IP NetBISO等網(wǎng)絡(luò)功能。系統(tǒng)組態(tài)工作方便靈活,監(jiān)控上位機(jī)組態(tài)工作主要分為兩部分:一是完成數(shù)據(jù)庫(kù)組態(tài)、上下位機(jī)間通訊組態(tài)、相關(guān)計(jì)算、報(bào)警記錄、報(bào)警提示等;二是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)裝置的運(yùn)行狀態(tài)顯示組態(tài)和操作控制組態(tài)等。通過(guò)組態(tài)后系統(tǒng)主要功能如下:①流程圖。流程圖模擬包裝工藝實(shí)際裝置繪制,顯示包裝工藝流程及修改狀態(tài)參數(shù)的畫面及運(yùn)行狀態(tài)。②趨勢(shì)圖。包括工藝流程中參數(shù)的實(shí)時(shí)趨勢(shì)和歷史趨勢(shì)。③調(diào)節(jié)畫面。具備手動(dòng)/自動(dòng)切換功能,具有顯示給定、測(cè)量和輸出3個(gè)值,并可以在畫面上修改參數(shù)。④故障查詢。能夠迅速查詢系統(tǒng)在工作過(guò)程中的各類報(bào)警信息如報(bào)警的工藝點(diǎn)的儀表位號(hào)、報(bào)警時(shí)間及報(bào)警的類型等。⑤登陸報(bào)表。操作員可以通過(guò)數(shù)據(jù)報(bào)表界面觀看歷史數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù),通過(guò)報(bào)警登錄報(bào)表界面察看設(shè)備故障情況。⑥用戶報(bào)表打印管理。操作員可以通過(guò)此界面打印報(bào)表,包括數(shù)據(jù)報(bào)表、報(bào)警報(bào)表等。

      3 結(jié)語(yǔ)

      基于現(xiàn)場(chǎng)總線的自動(dòng)化系統(tǒng)主要特征為控制器與系統(tǒng)軟件制造分離,系統(tǒng)性能較傳統(tǒng)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接方式有較大提升,系統(tǒng)自診能力強(qiáng),通過(guò)數(shù)字通訊有效地提高系統(tǒng)測(cè)量和控制精度,方便硬件與信息的集成。

      參 考 文 獻(xiàn)

      [1]王建明.自動(dòng)線及工業(yè)機(jī)器人技術(shù)[M].天津:天津大學(xué)出版社,2009.

      [2]博爾曼.工業(yè)以太網(wǎng)的原理與應(yīng)用[M].北京:國(guó)防工業(yè)出版社,2011.

      [3]許志軍.工業(yè)控制組態(tài)軟件及應(yīng)用[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2005.

      [責(zé)任編輯:鐘聲賢]

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