DeviceNet在無(wú)塵紙生產(chǎn)控制系統中的應用
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無(wú)塵紙（又名膨化芯材）是一種高附加值的新型衛生用品。它具有卓越的高吸濕性、可靠鎖水性、衛生安全性等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應用于婦女衛生巾、成人尿失禁、嬰兒紙尿褲等產(chǎn)品領(lǐng)域。為滿(mǎn)足亞太地區對無(wú)塵紙日益增長(cháng)的市場(chǎng)需求，世界無(wú)紡布行業(yè)巨頭英國B(niǎo)BA集團公司于1999年在中國天津投資成立了博愛(ài)（中國）膨化芯材有限公司；并安裝了目前世界上最先進(jìn)的無(wú)塵紙生產(chǎn)線(xiàn)，于2001年秋正式投產(chǎn)，年生產(chǎn)能力16000噸。
無(wú)塵紙的卓越特性不但來(lái)自于高品質(zhì)的生產(chǎn)原料，更取決于穩定可靠的生產(chǎn)工藝。我公司無(wú)塵紙生產(chǎn)線(xiàn)的強勁產(chǎn)能和產(chǎn)品的優(yōu)良品質(zhì)，源自世界一流的羅克韋爾自動(dòng)化公司開(kāi)放式網(wǎng)絡(luò )控制系統及設備。尤其是設備網(wǎng)現場(chǎng)總線(xiàn)DeviceNet的應用，不但提高了控制系統的可靠性與實(shí)時(shí)性，更極大方便了設備的操作、監控，設備維護及故障診斷與排除等。
由于DeviceNet設備網(wǎng)是基于生產(chǎn)者/客戶(hù)網(wǎng)絡(luò )模式，它使控制數據能夠同時(shí)到達網(wǎng)上的各個(gè)站點(diǎn)單元，網(wǎng)絡(luò )利用率高；它允許狀態(tài)切換的報文發(fā)送，可以實(shí)現更快的響應，有效地減少了網(wǎng)絡(luò )通訊量。周期性的報文發(fā)送，提供了更好的確定性；對等通信，允許數據和狀態(tài)信息在設備間進(jìn)行交換；這些優(yōu)點(diǎn)都為更高的生產(chǎn)率提供了有力保障。
2． 無(wú)塵紙生產(chǎn)線(xiàn)的開(kāi)放式網(wǎng)絡(luò )控制結構：
我公司無(wú)塵紙生產(chǎn)線(xiàn)全套從歐洲進(jìn)口,是目前本行業(yè)內最先進(jìn)的設備.其控制系統吸收了美國羅克
韋爾公司的全方位自動(dòng)化的理念，貫穿其N(xiāo)etlinx體系的各級網(wǎng)絡(luò )。
圖1羅克韋爾自動(dòng)化通訊網(wǎng)絡(luò )示意圖
實(shí)現了從信息層(Ethernet)到控制層（ControlNet）和現場(chǎng)層(DeviceNet)的無(wú)縫連接。如圖1所示.
無(wú)塵紙要求較為嚴格的生產(chǎn)工藝條件，它屬于一種干法造紙(Dry Forming)的過(guò)程。其基本工藝過(guò)程是：在恒溫、恒濕、恒氣壓的環(huán)境中將粉碎的木漿、纖維、SAP、PE 粉末等原材料通過(guò)成型站均勻成型，再經(jīng)過(guò)噴膠、加熱/熔化、熱壓、冷卻、分切、打卷等過(guò)程，制造出合格產(chǎn)品。
我公司的生產(chǎn)線(xiàn)控制層共包括九臺具有以太網(wǎng)功能的A-B PLC5(八臺)和A-B SLC500（一臺）可編程序控制器。它們分別控制：空調(Main Air condition)、原材料準備(Raw material preparation)、松卷機(Tissue Unwinder)、熱油加熱系統(Hot oil System)、過(guò)濾包裝系統(Main Filter system)、主線(xiàn)控制系統(Main Line)、打卷系統(Reel)等九個(gè)工藝區域。
其中六臺PLC安裝在位于廠(chǎng)房中部的馬達控制中心MCC1房間的PLC控制柜內。各PLC的以太網(wǎng)接口都通過(guò)雙絞線(xiàn)連接到PLC柜內的集線(xiàn)器（HUB）上。另三臺PLC安裝在設備現場(chǎng)的控制柜內，它們的以太網(wǎng)接口都通過(guò)光纖也連接到MCC1的集線(xiàn)器（HUB）上。
五臺裝有RSview32軟件的A-B 工業(yè)PC機安裝在中控室內，它們的以太網(wǎng)接口都連接到中控室一個(gè)HUB上，再通過(guò)一根光纖也連接到PLC柜內的HUB上。該網(wǎng)通過(guò)HUB還與企業(yè)Intranet相連，這樣一來(lái)，通過(guò)TCP/IP協(xié)議組成Ethernet網(wǎng)絡(luò )，構成信息（管理）層。（ 如下圖2 所示：控制層和信息層網(wǎng)絡(luò )示意圖）
圖2 控制層和信息層網(wǎng)絡(luò )示意圖
各臺可編程序控制器除掛接本地及遠程I/O模塊、Panel View人機界面等裝置外，大多安裝了DeviceNet掃描器（1771-SDN或1747-SDN），并通過(guò)DeviceNet通訊模塊（1336-GM5,1203-GK5，1794-ADN等）下掛現場(chǎng)智能設備，如變頻器，電機軟起動(dòng)器，Flex I/O,9000系列光電開(kāi)關(guān)等組成DeviceNet設備網(wǎng)，實(shí)現了對現場(chǎng)級裝置的有效控制。
３．DeviceNet 的功能及特點(diǎn)：
DeviceNet 是基于CAN-BUS技術(shù)的一種現場(chǎng)總線(xiàn)，它是一種開(kāi)放型的，符合IEC61158國際現場(chǎng)總線(xiàn)工業(yè)標準的通訊網(wǎng)絡(luò )。
DeviceNet 用于現場(chǎng)設備與PLC之間的通訊網(wǎng)絡(luò )，傳輸速率可設定為125、250、500KPBS，傳輸最大距離為500米，最多節點(diǎn)（站點(diǎn)）為64個(gè)，允許在線(xiàn)組態(tài)和帶電熱插拔。
DeviceNet支持主/從、多主、對等等通訊方式。用戶(hù)的PLC可以利用控制程序及上位PC機的數據，通過(guò)DeviceNet網(wǎng)絡(luò )實(shí)現對現場(chǎng)設備有效監控。
DeviceNet 可以用羅克韋爾公司的RS Networx for DeviceNet 或DeviceNet Manager 軟件進(jìn)行網(wǎng)絡(luò )組態(tài)和管理。
DeviceNet網(wǎng)絡(luò )結構簡(jiǎn)單，實(shí)時(shí)性強，它采用生產(chǎn)者／客戶(hù)模式，提供了強有力的故障診斷與排除能力，是一種理想的設備層現場(chǎng)總線(xiàn)。
４．無(wú)塵紙生產(chǎn)線(xiàn)Devicenet 網(wǎng)絡(luò )的物理構造。
我公司DeviceNet網(wǎng)絡(luò )以四臺A-B PLC5-40E和一臺SLC5/04為主機。PLC機本地機架上都安裝了DeviceNet掃描器模塊（A-B 1771-SDN或1747-SDN）。1771掃描器有兩個(gè)通道，每個(gè)通道最多可以外接64個(gè)站（一般應接63個(gè)）。每個(gè)PLC利用本機網(wǎng)絡(luò )掃描器通過(guò)DeviceNet通訊適配器 (1203-GK5,1336-GM5，1794-AND等)來(lái)下掛本控制區域的各臺現場(chǎng)總線(xiàn)設備。這些站點(diǎn)主要包括：A-B 變頻器（1336F，1336E，160SSC系列，）A－B電機軟起動(dòng)器（SMC 150系列） FLEX I/O（1794系列）； ARMOR Block 防護型I/O組件,9000系列光電開(kāi)關(guān)等。
典型的DeviceNet 網(wǎng)絡(luò )采用干線(xiàn)／支線(xiàn)物理結構形式。而我公司采用的是雛菊鏈（Daisy Chain）的環(huán)行連接形式，利用Belden標準圓形五芯屏蔽通訊電纜將各個(gè)站點(diǎn)連接起來(lái)。( 如下圖3所示，雛菊鏈的DeviceNet設備通訊網(wǎng)絡(luò )；以變頻器網(wǎng)絡(luò )為例)
圖3變頻器雛菊鏈（Daisy Chain）的DeviceNet設備通訊網(wǎng)絡(luò )
由于我廠(chǎng)的設備分布比較分散，某些站點(diǎn)之間相距較遠。尤其是一些現場(chǎng)站點(diǎn)，相距離超過(guò)100米。因此所有DeviceNet網(wǎng)絡(luò )的傳輸速率都設定為125KBPS, 以確保通訊可靠。除了分布式I/O, 人機界面和傳感器等站點(diǎn)位于生產(chǎn)現場(chǎng)外,一百余臺變頻器的DeviceNet網(wǎng)絡(luò )系統分布在兩個(gè)馬達控制中心（MCC）室，這就實(shí)現了對電動(dòng)機的集中控制，統一管理。（ 如圖4所示：MCC 室內DeviceNet變頻器網(wǎng)絡(luò )一角 注:圖中黃色電纜是網(wǎng)絡(luò )通訊纜）
在DeviceNet各工作站之間，我們大都采用了敞開(kāi)式分接口（ 注：現場(chǎng)的一些站采用密封的T型分接口或密封連接口 ），將站與站之間的電源線(xiàn)、通訊線(xiàn)、屏蔽線(xiàn)分別地并聯(lián)接在一起，組成雛菊鏈形式的物理拓撲結構。在首尾終端兩站分別安裝了終端電阻。（121Ω，1%，1/4W）
圖4 MCC 室內DeviceNet變頻器網(wǎng)絡(luò )一角
5 DeviceNet的組態(tài)軟件及控制實(shí)現。
利用設備網(wǎng)RS-232-C的PC接口適配人器（1770-KFD）或設備網(wǎng)PC卡（1784-PCD）可以實(shí)現PC機與PLC的設備網(wǎng)掃描器的通訊.
DeviceNet的管理軟件RS Networx for DeviceNet 是基于Windows平臺的軟件，利用它可以組態(tài)設備網(wǎng)并進(jìn)行項目管理和網(wǎng)絡(luò )故障診斷等。它支持A-B及第三方設備組態(tài)電子數據表（EDS）。
DeviceNet規約定義了顯式報文（Explicit Message）和I/O報文（I/O Message）兩種不同性質(zhì)的報文，兩種報文可以同時(shí)在總線(xiàn)上傳送。
組態(tài)過(guò)程中,首先應組態(tài)掃描器，設置掃描器與PLC之間的I/O地址界面，建立掃描器與各站適配器之間的通訊。
組態(tài)網(wǎng)絡(luò )上各個(gè)站時(shí)，先要定義各個(gè)站的地址(即站號)。站的地址可以不連續，但要與各站適配器DIP開(kāi)關(guān)設定相一致。
對于Flex I/O 或Armor Block I/O 等I/O類(lèi)型的工作站，我們采用I/O報文（I/O Message）的形式，分配各站的輸入和輸出。I/O報文是周期傳送的，具有較高的優(yōu)先級，從而保證它的實(shí)時(shí)性。
對于變頻器、軟起動(dòng)器等設備類(lèi)站點(diǎn)，我們采用顯式報文（Explicit Message）的形式，分配PLC和各站之間發(fā)送/接收的字長(cháng);定義通訊方式和(我們定義為polled 方式,每個(gè)掃描周期);建立與PLC之間對應的“軟”I/O關(guān)系。
再利用PLC５的編程軟件ＲＳlogix5編制出塊傳送（BTR/BTW）命令，實(shí)現ＰＬＣ對設備網(wǎng)上工作站I/O信息采集和控制。PLC控制程序就可以根據各站的工作狀態(tài)向各站發(fā)出控制命令，以達到工藝要求。
由于我公司的各PLC都連接到Ethernet上，網(wǎng)上中控制室內有Rsview32監控工作站。各顯示器可顯示出RS view不同工藝區域的監控界面。在中控室既可以控制全廠(chǎng)的設備，也可查看各站點(diǎn)的當前工作狀態(tài)，人機界面非常友好。
6．DeviceNet 網(wǎng)絡(luò )的使用體會(huì )。
（１）DeviceNet現場(chǎng)總線(xiàn)可以節省大量費用。
從安裝階段來(lái)看，只通過(guò)一根通訊纜，就實(shí)現了對整個(gè)網(wǎng)上各站點(diǎn)供電及通訊，相對于點(diǎn)對點(diǎn)的控制方式，節省大量的電纜,橋架等。不但縮短了安裝時(shí)間，而且降低了安裝費用。
從控制上來(lái)看：利用網(wǎng)絡(luò )通訊及“軟”Ｉ／Ｏ方式，也節約了I/O模塊和大筆資金。
如對變頻器工作站，啟動(dòng)/停止，加速/減速等命令；電壓、電流、溫度等參數，都可從DeviceNet網(wǎng)絡(luò )通訊實(shí)現，節約了I/O模塊，尤其是模擬I/O模塊，費用相當昂貴。
（２） 設備故障率大大降低，且診斷方便，排除迅速。
DeviceNet由于僅用一條通訊電纜控制整個(gè)設備網(wǎng)絡(luò )，使設備故障率大大降低；各站點(diǎn)通訊端子支持帶電熱插拔，若某一站點(diǎn)出現問(wèn)題及故障排除，不影響網(wǎng)上其他站點(diǎn)
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