前言

隨著打葉復(fù)烤技術(shù)的推廣應(yīng)用，各卷煙廠制絲線和膨脹煙絲廠家的工藝都使用經(jīng)打包醇化后的片煙為生產(chǎn)原料。作為其第一道處理工序，其處理的效果如何直接關(guān)系到工藝質(zhì)量，因此其控制系統(tǒng)的先進(jìn)程度至關(guān)重要。本文介紹的基于RockwellABDevicenet現(xiàn)場總線技術(shù)的膨脹煙絲線切片回潮控制系統(tǒng)，具有運(yùn)行安全可靠，實(shí)時(shí)性強(qiáng)，易于擴(kuò)展的特點(diǎn)，達(dá)到了國內(nèi)外卷煙制絲控制系統(tǒng)的先進(jìn)水平。現(xiàn)將其電控系統(tǒng)設(shè)計(jì)的思路列示如下：

1、工藝設(shè)備流程的控制范圍

切片回潮生產(chǎn)線工藝設(shè)備流程：原料（片煙）經(jīng)101和102軌道式皮帶輸送機(jī)進(jìn)入推板式垂直分切機(jī)，紅三刀四片切片后經(jīng)104提升皮帶機(jī)進(jìn)入105靜態(tài)電子皮帶秤稱重后通過106振動(dòng)滑槽進(jìn)入滾筒式葉片回潮機(jī)進(jìn)行回潮處理，經(jīng)108振槽和109水份儀檢測水分，通過提升皮帶機(jī)110A和110裙邊帶提升機(jī)上樓進(jìn)貯葉柜，進(jìn)入下一道工序的處理。

該切片回潮控制系統(tǒng)控制范圍包括自工位號(hào)101至109B。此段主要控制兩臺(tái)主機(jī)設(shè)備——推板式垂直切片機(jī)和直接回潮機(jī)，所控電機(jī)的類型和數(shù)量如下：單向直接啟動(dòng)電機(jī)9臺(tái)、變頻調(diào)速控制電機(jī)2臺(tái)、雙向雙速控制電機(jī)1臺(tái)。

2、控制技術(shù)要求及實(shí)現(xiàn)功能

2.1 納入管控一體化

本段控制系統(tǒng)企業(yè)要求與其原生產(chǎn)線管控一體化控制系統(tǒng)融為一體，其管控一體化控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖二所示。本主主要介紹管控系統(tǒng)該段的第一層和第二層設(shè)計(jì)。由于本文的主題和篇幅的關(guān)系對第三層和第四層就不再涉及。

第一層是直接控制生產(chǎn)裝置運(yùn)行的設(shè)備控制層，通常包括現(xiàn)場儀表和執(zhí)行機(jī)構(gòu)、FCS系統(tǒng)、PLC系統(tǒng)和其它形式的控制系統(tǒng)。這些系統(tǒng)這一層除完成一些常規(guī)控制外，還應(yīng)賦予先進(jìn)控制的智能，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的優(yōu)化運(yùn)行。

第二層為集中監(jiān)控層，通常供生產(chǎn)操作人員使用，保證生產(chǎn)正常平穩(wěn)運(yùn)行。工廠的中央控制室中操作人員通過計(jì)算機(jī)向現(xiàn)場發(fā)出生產(chǎn)控制命令，同時(shí)在計(jì)算機(jī)屏幕上查看現(xiàn)場的實(shí)時(shí)生產(chǎn)數(shù)據(jù)。

2.2 實(shí)現(xiàn)功能

控制系統(tǒng)應(yīng)具有兩種操作模式，即本地控制模式和中控室遠(yuǎn)程監(jiān)控模式。

2.2.1 本地控制模式

體現(xiàn)在第一層的底層設(shè)備控制系統(tǒng)，要求具有按工藝要求自動(dòng)順序啟/停、聲光報(bào)警、故障診斷、聯(lián)鎖、模擬工藝流程狀況顯示等功能。對電機(jī)提供過熱、過流、缺相保護(hù)功能。控制系統(tǒng)以自動(dòng)控制為主，并備有手動(dòng)控制功能，兩者之間可進(jìn)行轉(zhuǎn)換。

①自動(dòng)控制：本控制系統(tǒng)在自動(dòng)方式下實(shí)現(xiàn)對各設(shè)備的自動(dòng)控制，包括電機(jī)啟停、執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)作等，滿足生產(chǎn)工藝的要求。各設(shè)備在啟動(dòng)時(shí)按照物料流動(dòng)的方向逆序啟動(dòng)。相鄰設(shè)備之間在啟動(dòng)時(shí)應(yīng)設(shè)置延時(shí)時(shí)間（具體時(shí)間依工藝情況而定），以防堵料。帶有測控元件的設(shè)備其動(dòng)作次序按照生產(chǎn)工藝確定。

②手動(dòng)控制：本控制系統(tǒng)在手動(dòng)方式下通過本地組合開關(guān)實(shí)現(xiàn)對各單機(jī)設(shè)備電機(jī)的現(xiàn)場手動(dòng)控制，包括雙向電機(jī)的正反向換向。

③緊急停止：本控制系統(tǒng)具有緊急停止功能，在各工藝段關(guān)鍵位置設(shè)置有明顯標(biāo)記的緊急停止按鈕。當(dāng)按下按鈕后，該段內(nèi)所控制的設(shè)備必須全部停止運(yùn)行，并切斷動(dòng)力電源。解除緊急情況后，系統(tǒng)需重新啟動(dòng)方可重新工作。

④電機(jī)控制柜組操作面板：分別用于監(jiān)視相應(yīng)控制段的工藝流程、設(shè)備狀況、工藝參數(shù)及故障指示等，并可對本段設(shè)備進(jìn)行啟/停、手動(dòng)/自動(dòng)切換操作，以及根據(jù)授權(quán)對工藝參數(shù)進(jìn)行設(shè)定等。

⑤保護(hù)功能：系統(tǒng)對電機(jī)提供過熱、過流、缺相保護(hù)功能。

2.2.2 中控室遠(yuǎn)程監(jiān)控模式

體現(xiàn)在第二層的集中監(jiān)控層，也以自動(dòng)控制為主，并備有手動(dòng)控制功能，兩者之間可進(jìn)行轉(zhuǎn)換。中控和本地切換鈕設(shè)在中控室，常規(guī)模式打在中控狀態(tài)，在中控室對全線進(jìn)行集中操作和監(jiān)控，在該運(yùn)行模式時(shí)現(xiàn)場不進(jìn)行操作，這樣一是保證了安全，防止多頭操作，二是現(xiàn)場只設(shè)少量巡視人員，減少了人員配備，降低了企業(yè)的人工成本。只有在特殊情況如調(diào)試和檢修時(shí)打在本地操作狀態(tài)。

3、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和構(gòu)成

3.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

該部分電控系統(tǒng)由設(shè)備控制層、集中監(jiān)控層組成，兩個(gè)功能層主要通過Devicenet和Controlnet網(wǎng)絡(luò)連接，實(shí)行了信息集成，方便了與生產(chǎn)管理系統(tǒng)的連接。形成了分段控制、集中監(jiān)控及管理的一體化系統(tǒng)。見附圖3。

3.2 系統(tǒng)構(gòu)成

3.2.1 底層控制系統(tǒng)

采用現(xiàn)場總線控制模式和主站-本地操作箱結(jié)構(gòu)，總線采用A-B公司DeviceNet。相對于其余的現(xiàn)場總線來講，DeviceNet總線的抗干擾能力要更好，網(wǎng)絡(luò)配置更簡易。一組電控柜組放置現(xiàn)場，其中電機(jī)柜采用A-B公司的母線結(jié)構(gòu)形式。

①主站

采用A-B公司SLC504可編程序控制器（由于其處理能力較強(qiáng)，盡管該段控制設(shè)備較多，但一個(gè)SLC504已經(jīng)足夠，用Controllogix5000系列就有點(diǎn)不是太經(jīng)濟(jì)了）。本地操作箱為分布在現(xiàn)場設(shè)備上的分布式FlexI/O。現(xiàn)場設(shè)備上的分布式FlexI/O本地操作箱連接現(xiàn)場設(shè)備上的各種傳感器、執(zhí)行器（包括現(xiàn)場本地組合開關(guān)）。在控制柜門上安裝手自動(dòng)、集控工作方式旋鈕及自動(dòng)啟動(dòng)和停止按鈕。

②子站

操作面板采用A-B公司的PanelView（14’顯示器，具有觸摸屏），監(jiān)視、控制本工藝段工況。只有在上位監(jiān)控機(jī)授權(quán)下，才能對本段進(jìn)行控制和參數(shù)設(shè)定。操作面板通過現(xiàn)場總線DeviceNet和主站通訊。柜內(nèi)變頻器也直接上DEVICENET網(wǎng)，經(jīng)SDN模塊與CPU聯(lián)網(wǎng)。

現(xiàn)場設(shè)四個(gè)本地操作箱，分別是切片機(jī)前部備料皮帶側(cè)一組，分切機(jī)機(jī)體兩組，回潮筒側(cè)一組、出料一組。垂直分切機(jī)上沒有模擬量，只有數(shù)字量，由于垂直分切機(jī)動(dòng)作復(fù)雜，光電管、接近開關(guān)、限位開關(guān)等等，數(shù)量較多，加上旋轉(zhuǎn)編碼器等元器件，故在制絲線中，垂直分切機(jī)是數(shù)字量最多的設(shè)備之一。葉片回潮機(jī)的作用是使切好的煙片增加適當(dāng)?shù)乃莺蜏囟龋瑢倌M量控制，經(jīng)PLC計(jì)算得出相應(yīng)輸出，通過FlexI/O模塊輸出4-20mA信號(hào)控制執(zhí)行器件，以控制熱風(fēng)和出口物料水分，也屬于關(guān)鍵主控設(shè)備。

本地組合開關(guān)、緊急停機(jī)開關(guān)和分布式FlexI/O安裝在本地操作箱，作為本地操作箱就近放置在被控設(shè)備上。FlexI/O上DEVICENET網(wǎng)，水份儀上DeviceNet。水份儀信號(hào)、電磁流量計(jì)、溫度變換器、流量控制器等模擬量測控元件，由相應(yīng)的本地操作箱負(fù)責(zé)信號(hào)采集和輸出。信號(hào)傳輸方式為4-20mA。

3.2.2 集中監(jiān)控層

集中于中央控制室內(nèi)，主站SLC504PLC通過機(jī)架插槽上的控制網(wǎng)模塊，通過同軸電纜上中控室內(nèi)AB公司的Controlnet控制主網(wǎng)，通過Controlnet網(wǎng)實(shí)現(xiàn)切片回潮段與原控制系統(tǒng)的連接和通信。ControlNet是基于生產(chǎn)者/消費(fèi)者（Producer/Consumer）模式的網(wǎng)絡(luò)，允許在同一鏈路上有多個(gè)主控制器共存，支持輸入數(shù)據(jù)或點(diǎn)對點(diǎn)信息的多路發(fā)送，大大減少了網(wǎng)絡(luò)上的交通量，提高了網(wǎng)絡(luò)效率和網(wǎng)絡(luò)性能，是高度確定性、可重復(fù)的網(wǎng)絡(luò)。

工控組態(tài)軟件產(chǎn)品Rsview，監(jiān)控機(jī)采用HP工作站，SLC504、原ControlLogix5550與監(jiān)控機(jī)、工程師工作站通過controlnet通信。切片回潮段現(xiàn)場設(shè)備控制子系統(tǒng)受相應(yīng)的上位監(jiān)控機(jī)監(jiān)視和控制，接受中控室工程師站或本地現(xiàn)場工程師站對其PLC程序在線讀寫、維護(hù)。

集中監(jiān)控系統(tǒng)與生產(chǎn)管理系統(tǒng)通過Ethernet網(wǎng)絡(luò)連接。實(shí)現(xiàn)切片回潮段與生產(chǎn)管理系統(tǒng)和公司信息管理網(wǎng)的連接和通信。

3.3 軟件

3.3.1 DeviceNet網(wǎng)組態(tài)

在底層設(shè)備控制網(wǎng)絡(luò)的硬件連接后，還需要對DeviceNet進(jìn)行組態(tài)。通過RockwellRSNetworxforDeviceNet來實(shí)現(xiàn)的。通過該軟件，用戶可以通過生成和管理項(xiàng)目，方便地檢查網(wǎng)上設(shè)備活動(dòng)情況、指定具體設(shè)備的數(shù)據(jù)存取方式和與控制器所屬掃描設(shè)備間的數(shù)據(jù)映射關(guān)系，設(shè)備的增刪與更改，調(diào)節(jié)設(shè)備的可控制參數(shù)等。

3.3.2 SLC504的編程

本段主要是分切機(jī)及回潮機(jī)的動(dòng)作和指標(biāo)控制，控制比較復(fù)雜，程序由于篇幅和主題關(guān)系在此就不細(xì)細(xì)闡述了。

3.2.3 Panelview本地操作屆面

本系統(tǒng)使用的PanelView為Rockwell的PanelView1400E，使用的軟件是相應(yīng)的PanelBuilder，在進(jìn)行相關(guān)的硬件連接和地址配置后，編輯標(biāo)簽和故障觸發(fā)條件并進(jìn)行繪圖，然后將生成的＊.Pba文件下傳即可。

3.2.4 Controlnet網(wǎng)組態(tài)

在SLC504與Controlnet硬件連接后，還需要對Controlnet網(wǎng)絡(luò)通訊重新進(jìn)行組態(tài)。這是通過RockwellRSNetworxforControlNet來實(shí)現(xiàn)的。使用RSNetworxforControlNet軟件，用戶可以非常直觀的配置ControlNet，進(jìn)行合適的組態(tài)。對于ControlNet的各種網(wǎng)絡(luò)信息，如網(wǎng)絡(luò)刷新時(shí)間、最大預(yù)定義數(shù)據(jù)傳送的結(jié)點(diǎn)地址號(hào)，都可以通過RSNetworx來重新配置。然后將配置文件下載到PLC中去即可由它作為ControlNet的Keeper，管理網(wǎng)絡(luò)。

3.2.5 Rsview32中控操作屆面

中控操作界面設(shè)計(jì)通常組態(tài)軟件來實(shí)現(xiàn)。作為組態(tài)軟件，RockwellRSView32提供了強(qiáng)大的數(shù)據(jù)監(jiān)控能力，方便用戶進(jìn)行上位機(jī)的畫面組態(tài)。

3.2.6 Rssql軟件

Rockwell的RSSQL軟件是一種把現(xiàn)場設(shè)備的數(shù)據(jù)與企業(yè)的數(shù)據(jù)庫相連接的中間橋梁。通過將該部分電控系統(tǒng)數(shù)據(jù)整合進(jìn)中控室生產(chǎn)管理層，主要是DDE和ODBC的應(yīng)用（略），減少了信息孤島。

4、該線電控系統(tǒng)設(shè)計(jì)特點(diǎn)

4.1 設(shè)備控制層：采用AB公司分步式現(xiàn)場總線，形成了從測控設(shè)備到操作控制計(jì)算機(jī)的數(shù)字通信網(wǎng)絡(luò)，適應(yīng)了網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的要求，除具有與傳統(tǒng)的集散控制系統(tǒng)相比的常規(guī)優(yōu)點(diǎn)外，還具有如下特點(diǎn)：各從站（包括變頻器、水份儀等）的參數(shù)總線可以從RSNetWorx配置并下載，從這一點(diǎn)也體現(xiàn)了一個(gè)DeviceNet現(xiàn)場總線的一個(gè)特點(diǎn)，設(shè)計(jì)人員可以通過總線上載、配置、下載從站的參數(shù)，這對于調(diào)試是很有用的。特別對于象變頻器、水份儀這樣有大量參數(shù)的復(fù)雜設(shè)備，利用這一功能就可以省去了在操作面板上的參數(shù)輸入過程，在中控室可進(jìn)行參數(shù)配置，實(shí)現(xiàn)對包括變頻器等設(shè)備的生動(dòng)操作。另應(yīng)該說在全國來講較早實(shí)現(xiàn)水份儀上DeviceNet網(wǎng)。

4.2 通過將該部分電控系統(tǒng)整合進(jìn)集中監(jiān)控層，實(shí)現(xiàn)與原有控制模式的完美對接。且集中監(jiān)控層設(shè)備與設(shè)備控制層主站、生產(chǎn)管理層設(shè)備統(tǒng)一放在中控室內(nèi)，監(jiān)控畫面豐富、設(shè)備信息采集全面，方便生產(chǎn)人員操作和實(shí)時(shí)監(jiān)控，且方便了維護(hù)。

4.3 通過將該部分電控系統(tǒng)數(shù)據(jù)整合進(jìn)中控室生產(chǎn)管理層，減少了信息孤島，豐富了監(jiān)控信息和管理數(shù)據(jù)，電控系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，工藝質(zhì)量控制達(dá)標(biāo)效果好，產(chǎn)生了良好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益，這樣既展示良好的企業(yè)形象、又方便了管理。

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