DeviceNet在無塵紙生產控制系統中的應用

1． 引言：

無塵紙（又名膨化芯材）是一種高附加值的新型衛生用品。它具有卓越的高吸溼性、可靠鎖水性、衛生安全性等優點，廣泛應用於婦女衛生巾、成人尿失禁、嬰兒紙尿褲等產品領域。為滿足亞太地區對無塵紙日益增長的市場需求，世界無紡布行業巨頭英國BBA集團公司於1999年在中國天津投資成立了博愛（中國）膨化芯材有限公司；並安裝了目前世界上最先進的無塵紙生產線，於2001年秋正式投產，年生產能力16000噸。
無塵紙的卓越特性不但來自於高品質的生產原料，更取決於穩定可靠的生產工藝。我公司無塵紙生產線的強勁產能和產品的優良品質，源自世界一流的羅克韋爾自動化公司開放式網絡控制系統及設備。尤其是設備網現場總線DeviceNet的應用，不但提高了控制系統的可靠性與實時性，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。
由於DeviceNet設備網是基於生產者/客戶網絡模式，它使控制數據能夠同時到達網上的各個站點單元，網絡利用率高；它允許狀態切換的報文發送，可以實現更快的響應，有效地減少了網絡通訊量。周期性的報文發送，提供了更好的確定性；對等通信，允許數據和狀態信息在設備間進行交換；這些優點都為更高的生產率提供了有力保障。
2． 無塵紙生產線的開放式網絡控制結構：
我公司無塵紙生產線全套從歐洲進口,是目前本行業內最先進的設備.其控制系統吸收了美國羅克
韋爾公司的全方位自動化的理念，貫穿其Netlinx體系的各級網絡。

本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/201612/329335.htm
圖1羅克韋爾自動化通訊網絡示意圖
實現了從信息層(Ethernet)到控制層（ControlNet）和現場層(DeviceNet)的無縫連接。如圖1所示.
無塵紙要求較為嚴格的生產工藝條件，它屬於一種幹法造紙(Dry Forming)的過程。其基本工藝過程是：在恆溫、恆溼、恆氣壓的環境中將粉碎的木漿、纖維、SAP、PE 粉末等原材料通過成型站均勻成型，再經過噴膠、加熱/熔化、熱壓、冷卻、分切、打卷等過程，製造出合格產品。
我公司的生產線控制層共包括九臺具有乙太網功能的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)、過濾包裝系統(Main Filter system)、主線控制系統(Main Line)、打卷系統(Reel)等九個工藝區域。
其中六臺PLC安裝在位於廠房中部的馬達控制中心MCC1房間的PLC控制櫃內。各PLC的乙太網接口都通過雙絞線連接到PLC櫃內的集線器（HUB）上。另三臺PLC安裝在設備現場的控制櫃內，它們的乙太網接口都通過光纖也連接到MCC1的集線器（HUB）上。
五臺裝有RSview32軟體的A-B 工業PC機安裝在中控室內，它們的乙太網接口都連接到中控室一個HUB上，再通過一根光纖也連接到PLC櫃內的HUB上。該網通過HUB還與企業Intranet相連，這樣一來，通過TCP/IP協議組成Ethernet網絡，構成信息（管理）層。（ 如下圖2 所示：控制層和信息層網絡示意圖）

圖2 控制層和信息層網絡示意圖

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），並通過DeviceNet通訊模塊（1336-GM5,1203-GK5，1794-ADN等）下掛現場智能設備，如變頻器，電機軟起動器，Flex I/O,9000系列光電開關等組成DeviceNet設備網，實現了對現場級裝置的有效控制。

３．DeviceNet 的功能及特點：
DeviceNet 是基於CAN-BUS技術的一種現場總線，它是一種開放型的，符合IEC61158國際現場總線工業標準的通訊網絡。
DeviceNet 用於現場設備與PLC之間的通訊網絡，傳輸速率可設定為125、250、500KPBS，傳輸最大距離為500米，最多節點（站點）為64個，允許在線組態和帶電熱插拔。
DeviceNet支持主/從、多主、對等等通訊方式。用戶的PLC可以利用控制程序及上位PC機的數據，通過DeviceNet網絡實現對現場設備有效監控。
DeviceNet 可以用羅克韋爾公司的RS Networx for DeviceNet 或DeviceNet Manager 軟體進行網絡組態和管理。
DeviceNet網絡結構簡單，實時性強，它採用生產者／客戶模式，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總線。

４．無塵紙生產線Devicenet 網絡的物理構造。
我公司DeviceNet網絡以四臺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掃描器有兩個通道，每個通道最多可以外接64個站（一般應接63個）。每個PLC利用本機網絡掃描器通過DeviceNet通訊適配器 (1203-GK5,1336-GM5，1794-AND等)來下掛本控制區域的各臺現場總線設備。這些站點主要包括：A-B 變頻器（1336F，1336E，160SSC系列，）A－B電機軟起動器（SMC 150系列） FLEX I/O（1794系列）； ARMOR Block　防護型I/O組件,9000系列光電開關等。
典型的DeviceNet　網絡採用幹線／支線物理結構形式。而我公司採用的是雛菊鏈（Daisy　Chain）的環行連接形式，利用Belden標準圓形五芯屏蔽通訊電纜將各個站點連接起來。( 如下圖3所示，雛菊鏈的DeviceNet設備通訊網絡；以變頻器網絡為例)

圖3變頻器雛菊鏈（Daisy　Chain）的DeviceNet設備通訊網絡
由於我廠的設備分布比較分散，某些站點之間相距較遠。尤其是一些現場站點，相距離超過100米。因此所有DeviceNet網絡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位於生產現場外,一百餘臺變頻器的DeviceNet網絡系統分布在兩個馬達控制中心（MCC）室，這就實現了對電動機的集中控制，統一管理。（ 如圖4所示：MCC 室內DeviceNet變頻器網絡一角 注:圖中黃色電纜是網絡通訊纜）
在DeviceNet各工作站之間，我們大都採用了敞開式分接口（ 註：現場的一些站採用密封的T型分接口或密封連接口 ），將站與站之間的電源線、通訊線、屏蔽線分別地並聯接在一起，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變頻器網絡一角
5 DeviceNet的組態軟體及控制實現。
利用設備網RS-232-C的PC接口適配人器（1770-KFD）或設備網PC卡（1784-PCD）可以實現PC機與PLC的設備網掃描器的通訊.
DeviceNet的管理軟體RS Networx for DeviceNet 是基於Windows平臺的軟體，利用它可以組態設備網並進行項目管理和網絡故障診斷等。它支持A-B及第三方設備組態電子數據表（EDS）。
DeviceNet規約定義了顯式報文（Explicit Message）和I/O報文（I/O Message）兩種不同性質的報文，兩種報文可以同時在總線上傳送。
組態過程中,首先應組態掃描器，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。
組態網絡上各個站時，先要定義各個站的地址(即站號)。站的地址可以不連續，但要與各站適配器DIP開關設定相一致。
對於Flex I/O 或Armor Block I/O 等I/O類型的工作站，我們採用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，具有較高的優先級，從而保證它的實時性。
對於變頻器、軟起動器等設備類站點，我們採用顯式報文（Explicit Message）的形式，分配PLC和各站之間發送/接收的字長;定義通訊方式和(我們定義為polled 方式,每個掃描周期);建立與PLC之間對應的「軟」I/O關係。
再利用PLC５的編程軟體ＲＳlogix5編制出塊傳送（BTR/BTW）命令，實現ＰＬＣ對設備網上工作站I/O信息採集和控制。PLC控制程序就可以根據各站的工作狀態向各站發出控制命令，以達到工藝要求。
由於我公司的各PLC都連接到Ethernet上，網上中控制室內有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的設備，也可查看各站點的當前工作狀態，人機界面非常友好。

6．DeviceNet 網絡的使用體會。
（１）DeviceNet現場總線可以節省大量費用。
從安裝階段來看，只通過一根通訊纜，就實現了對整個網上各站點供電及通訊，相對於點對點的控制方式，節省大量的電纜,橋架等。不但縮短了安裝時間，而且降低了安裝費用。
從控制上來看：利用網絡通訊及「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/停止，加速/減速等命令；電壓、電流、溫度等參數，都可從DeviceNet網絡通訊實現，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由於僅用一條通訊電纜控制整個設備網絡，使設備故障率大大降低；各站點通訊端子支持帶電熱插拔，若某一站點出現問題及故障排除，不影響網上其他站點