羅克韋爾產(chǎn)品在石油管生產(chǎn)線上的應(yīng)用

摘要：本文闡述了石油管生產(chǎn)線的控制系統(tǒng)，詳細(xì)介紹了羅克韋爾自動化的硬件、軟件和網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品在鋼鐵企業(yè)的應(yīng)用。
關(guān)鍵詞：羅克韋爾自動化克韋爾自動化 PLC LOGIX COTROLNET DEVICENET

一、概述
華菱衡陽鋼管廠石油管生產(chǎn)線是華菱衡陽鋼管廠為適應(yīng)市場需求新投資建設(shè)的一條生產(chǎn)線。生產(chǎn)線主要由加厚修磨線、熱處理線以及水處理等組成。

該生產(chǎn)廣泛地應(yīng)用了羅克韋爾自動化A-B品牌的產(chǎn)品和技術(shù)，包括1397DC Drive直流傳動、1336 Plus II
交流傳動、ControlLogix系統(tǒng)、ProcessLogix系統(tǒng)、ControlNet、DeviceNet、EtherNet。此項目為羅克韋爾自動化集成架構(gòu)策略一次較為全面、典型的應(yīng)用。

二、設(shè)備
加厚修磨包括運輸輥道、液壓站、加厚機(jī)以及修磨等組成，使用ControlLogix與Flex I/O共有9個站點、1臺1397 DC
Drive直流傳動和3臺1336 Plus II交流變頻器。

熱處理包括運輸輥道、液壓站、回火爐、淬火爐、高壓水除磷、水泵站、矯直機(jī)、探傷、DCS系統(tǒng)，使用ControlLogix與Flex
I/O共有22個站點、DCS采集系統(tǒng)、2臺1397 DC Drive直流傳動和36臺1336 Plus II交流變頻器。

ControlLogix系統(tǒng)，采用Logix5550處理器，是32位的總線控制器，其控制能力可達(dá)280000個數(shù)字量/4000個模擬量，不僅能組態(tài)本地框架的輸入模塊，還能組態(tài)控制網(wǎng)上其他遠(yuǎn)程ControlNet的輸入輸出模塊，支持熱插拔。
水處理采用的FlexLogix系統(tǒng)，其使用與ControlLogix系統(tǒng)同樣的組態(tài)編程軟件，支持ControlNet、DeviceNet、EtherNet網(wǎng)絡(luò)。

ProcessLogix系統(tǒng)包括一個工程師站，兩個操作人員工作站；ProcessLogix系統(tǒng)使用一天服務(wù)器和兩個操作人員工作站，用來對系統(tǒng)進(jìn)行維護(hù)和監(jiān)控。

三、軟件
工程師站使用RSLogix5000、RSLinx、RSNetWorx for ControlNet、RSNetWorx for DeviceNet，操作人員工作站使用上位監(jiān)控軟件RSView32與RSLinx。

ProcessLogix系統(tǒng)服務(wù)器安裝設(shè)置：Windows NT4 for Engling SP6、RSLinx、ProcessLogix R320.0；操作員站安裝設(shè)置：Windows NT4 for SP6、ProcessLogix R320.0。

四、網(wǎng)絡(luò)
隨著自動化控制設(shè)備、工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)一級計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，越來越多的工廠自動化系統(tǒng)采用設(shè)備總線、分布式控制、集中信息管理的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)極大的降低了工程投資，有效地增強(qiáng)了系統(tǒng)的開發(fā)性、可維護(hù)性，縮短了設(shè)計開發(fā)的周期，從而獲得了廣泛的應(yīng)用。羅克韋爾自動化的ControlLogix
可編程控制器、ControlNet、DeviceNet等網(wǎng)絡(luò)技術(shù)就是順應(yīng)這種發(fā)展方向開發(fā)的產(chǎn)品。

用通訊網(wǎng)絡(luò)代替以往的硬電纜連接，在國內(nèi)很多時候被認(rèn)為不好維護(hù)的方式。因為一旦發(fā)生故障，常規(guī)工人會不知如何下手，而要求電氣維護(hù)人員具備的不僅是常規(guī)電氣知識，還必須具有自動化知識和網(wǎng)絡(luò)知識。

但網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)點是無可比擬的，系統(tǒng)越大越體現(xiàn)出網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢：
1．設(shè)計簡單，減少設(shè)計時間和設(shè)計出錯的可能性；
2．減少現(xiàn)場控制柜之間的控制電纜數(shù)量，使施工變得簡單；
3．減少了柜間控制電纜的校對工作，使調(diào)試過程大大縮短；
4．維護(hù)極為方便。

正因為如此，所以減少了投資的三個要素：勞動成本（減少50%），材料成本（減少15%），時間成本（減少50%）。從而節(jié)省了成本，獲得高效益：

設(shè)計（減少20%）―→硬件（減少15%）―→軟件（減少20%）―→驗收（減少＞50%）―→維護(hù) (減少＞50%)。

DeviceNet連接1397 DC Drive直流傳動和1336 Plus II交流變頻器等現(xiàn)場設(shè)備，其傳輸速率為125—500Kbps，傳輸最大距離500m，每段節(jié)點數(shù)為64，允許在線熱插拔。DeviceNet支持主從、多主和對等通訊，用戶應(yīng)用程序和PC數(shù)據(jù)可以通過DeviceNet實現(xiàn)設(shè)備的有效控制，并且網(wǎng)絡(luò)具有24VDC電源，以此可以省去連接每一臺設(shè)備的獨立供電電源。DeviceNet使用RSNetWorx
for DeviceNet軟件對網(wǎng)絡(luò)管理和組態(tài)。DeviceNet網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡單，實時性強(qiáng)，通訊簡單，即插即用，是一種理想的設(shè)備層現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)，用以實現(xiàn)低成本，高性能的網(wǎng)絡(luò)互連。

ControlNet連接主控設(shè)備ControlLogix或ProcessLogix，Flex I/O以及工程師站和操作人員工作站等。ControlNet是一個開放的高速的確定網(wǎng)絡(luò)，它用于傳輸對時間有苛刻要求的信息，通訊速度為5Mbps，提供實時的對等的通訊服務(wù)。ControlNet融合了現(xiàn)有遠(yuǎn)程I/O和DH+網(wǎng)的性能，對于離散和連續(xù)過程控制應(yīng)用均具有確定性和可重復(fù)性功能，用戶可自設(shè)定網(wǎng)絡(luò)交換時間達(dá)毫秒級，從而大大改善了網(wǎng)絡(luò)控制的實時性和快速性，采用生產(chǎn)者/客戶方式，將傳動網(wǎng)絡(luò)針對不同站點需要多次發(fā)送改為一次發(fā)送多點共享，減少網(wǎng)絡(luò)發(fā)送次數(shù)，從而使網(wǎng)絡(luò)實時高效。

ControlNet網(wǎng)絡(luò)中的I/O，無論CPU框架還是遠(yuǎn)程擴(kuò)展框架均通過通訊模塊掛在ControlNet網(wǎng)上，然后由軟件管理其歸屬，從而使網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展和走線十分靈活。

EtherNet 在此用來連接ProcessLogix系統(tǒng)服務(wù)器與操作員站。

EtherNet 作為信息層網(wǎng)絡(luò)，同樣可以實現(xiàn)與ControlNet互連，用戶通過工廠EtherNet網(wǎng)絡(luò)對系統(tǒng)進(jìn)行維護(hù)，真正地實現(xiàn)系統(tǒng)管控、信息一體化。

羅克韋爾自動化網(wǎng)絡(luò)從結(jié)構(gòu)上看，一個典型的控制系統(tǒng)由三層網(wǎng)絡(luò)組成，即信息層、控制層和設(shè)備層。但各層之間可靈活運用：在設(shè)備層的DeviceNet除連接現(xiàn)場設(shè)備外同時還可以是I/O，同樣在ControlNet同時也可以是現(xiàn)場設(shè)備，ControlNet網(wǎng)也可以用EtherNet來實現(xiàn)。

五、調(diào)試、問題和解決
由于此系統(tǒng)站點數(shù)以及I/O量較大，我們采用分段的方法，將整個系統(tǒng)按工藝區(qū)分兩部分調(diào)試。每工藝區(qū)有由中控室往外站點逐一連通，分站點調(diào)試。ProcessLogix部分先調(diào)試服務(wù)器，然后調(diào)試工作站，ControlNet調(diào)試完成后調(diào)試DeviceNet。

調(diào)試過程中問題是難免的，主要有ControlLogix、網(wǎng)絡(luò)以及ProcessLogix方面的問題。
ControlLogix及網(wǎng)絡(luò)方面表現(xiàn)在以下幾點：

1．連接數(shù)的問題和解決
ControlLogix系統(tǒng)的控制能力雖然可達(dá)280000個數(shù)字量/4000個模擬量，以及ControlNet網(wǎng)絡(luò)每段能達(dá)到99個節(jié)點。但在使用規(guī)劃時，還有一個重要的參數(shù)——連接數(shù)，我們在調(diào)試過程中隨著站點的增加出現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)不通，就控制器的處理能力以及網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點數(shù)來說遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒達(dá)到，原因就是超出了控制器連接數(shù)。

在ControlLogix系統(tǒng)中連接可以是：
控制器到本地I/O模塊或者本地通訊模塊；
控制器到遠(yuǎn)程I/O模塊或者遠(yuǎn)程通訊模塊；
生產(chǎn)者和客戶標(biāo)簽
通訊

由于在RSLogix5000里對I/O模塊組態(tài)時采用的是I/O模塊直接連接，致使每個數(shù)字I/O模塊的占用一個連接，使得連接數(shù)超出。當(dāng)重做I/O模塊組態(tài)采用機(jī)架優(yōu)化連接，這樣一來I/O模塊的連接壓縮到了一個機(jī)架優(yōu)化連接內(nèi)，節(jié)省了連接數(shù)量和帶寬。

2．NUT、RPI、帶寬
NUT（Network Update Time）、RPI（Requested Packet
Interval）這兩個參數(shù)在網(wǎng)絡(luò)中常常影響到網(wǎng)絡(luò)的帶寬，使得網(wǎng)絡(luò)不暢通或效率不高。在理論上來說當(dāng)帶寬在60%~70%網(wǎng)絡(luò)效率較高，當(dāng)帶寬不夠時就應(yīng)該減少NUT與RPI時間。另外NUT，RPI之間按一定的關(guān)系來確定數(shù)值，也能提高網(wǎng)絡(luò)效率減少帶寬，即RPI=2nNUT。

3．安裝
除了軟件設(shè)置，安裝不合格同樣會引起很多問題。

敷設(shè)ControlNet網(wǎng)絡(luò)的RG6電纜保護(hù)要做好。電纜破損，分支器進(jìn)水以及BNC頭做得不好都將影響網(wǎng)絡(luò)的暢通。在網(wǎng)線敷設(shè)好后，分支器不聯(lián)入節(jié)點，裝上終端電阻，測量分支器聯(lián)入節(jié)點的BNC芯線與外層電阻應(yīng)在37.5 ~43Ω之間，小于37.5則有短路現(xiàn)象，過大則接觸不好。BNC頭的制作建議使用1786-CTK專用工具制作，在工具箱內(nèi)光盤中有制作的全過程的影像文件。

DeviceNet
網(wǎng)絡(luò)采用的五芯屏蔽電纜，注意不要接錯，另外當(dāng)電纜接入分接器時，線頭如不燙錫或不使用接線鼻，很容易斷線引起網(wǎng)絡(luò)不通，所以要特別注意。
Flex I/O中經(jīng)常有能掃描到站點而掃描不到模塊或個別模塊的現(xiàn)象，這主要是由于使用的安裝軌道不平整或質(zhì)量不高，以至于模塊底座安裝不穩(wěn)，底座之間聯(lián)接不可靠引起。拆下模塊重新安裝到位即可。建議使用質(zhì)量高不易變形的安裝導(dǎo)軌安裝Flex I/O。

4．接地
系統(tǒng)接地的可靠性大家一般不會忽略，但計算機(jī)的接地往往會忽略。當(dāng)計算機(jī)連接于ControlNet時，如果計算機(jī)接地不好，很容易損壞與其連接的CNB模塊。

5．ProcessLogix
ProcessLogix系統(tǒng)關(guān)鍵是軟件的安裝，由于ProcessLogix R320.0 軟件在很多地方與Windows NT4 系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)，所以建議從Windows NT4系統(tǒng)安裝開始就照著手冊一步一步安裝，否則可能會出現(xiàn)不可預(yù)見的問題。當(dāng)然，如果對Windows NT4熟悉也不會有大問題。

六、總結(jié)：
在ControlLogix系統(tǒng)要注意：先規(guī)劃，再實施；調(diào)試中注意連接數(shù)、NUT、RPI、帶寬以及安裝，系統(tǒng)就可以順利地開通。

參考文獻(xiàn)：
[1] LOgix5550用戶手冊
[2] LOgix5550指令集
[3] 1336 PLUS II 用戶手冊
[4] RSView32用戶手冊
[5] 控制網(wǎng)（ControlNet）網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)概貌

作者簡介：
姚藝，湖南人，現(xiàn)年31歲。目前就職于湖南省冶金科技工貿(mào)公司，從1997年開始接觸并使用羅克韋爾自動化產(chǎn)品。多次參加羅克韋爾自動化舉辦的產(chǎn)品培訓(xùn)班，對羅克韋爾自動化的硬件、軟件和網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品有著比較詳盡的認(rèn)識和理解，曾經(jīng)參加過許多大型項目的設(shè)計和調(diào)試，現(xiàn)場經(jīng)驗豐富。