捷高科技（蘇州）有限公司　王帥

摘要：本文介紹了美國羅克韋爾ControlLogix5000及SLC500系列PLC和RSView32在膨潤土防水毯（GCL）生產(chǎn)線中的應(yīng)用，對自控系統(tǒng)的硬件組態(tài)和控制功能及其實現(xiàn)作了詳細(xì)描述。

關(guān)鍵詞：ControlLogix5000 SLC500 Device Net 遠(yuǎn)程監(jiān)控 GCL

1 引 言

　　捷高科技（蘇州）有限公司（CETCO）在環(huán)保產(chǎn)品和各種服務(wù)方面擁有超過70年的研究與市場推廣經(jīng)驗。產(chǎn)品在滿足國內(nèi)市場的同時也頻繁出口到亞太其他國家。CETCO生產(chǎn)的膨潤土防水毯（GCL）在全球市場占有率超過60%。GCL系列產(chǎn)品被廣泛應(yīng)用于大量環(huán)保項目中，如生活垃圾填埋場，工業(yè)危險廢物填埋場，礦山尾礦處理，油槽防漏，地下建筑和景觀工程，地鐵，隧道，水利工程等，在全世界擁有眾多備受信賴的業(yè)績。GCL生產(chǎn)線（應(yīng)用ControlLogix5000 PLC）及熱熔膠機(jī)系統(tǒng)（應(yīng)用SLC 500 PLC）與RSView32軟件配合實現(xiàn)了對整條生產(chǎn)線的遠(yuǎn)程監(jiān)控，構(gòu)成一條全自動生產(chǎn)線。本文將對其基礎(chǔ)級自控系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)介紹。

2 生產(chǎn)工藝簡介

　　CETCO的生產(chǎn)線為完全進(jìn)口設(shè)備，針刺機(jī)由國際著名非紡織設(shè)備制造商專門為CETCO設(shè)計制造，采用多項專利技術(shù)。與之配套的電氣控制部分完全是由美國羅克韋爾公司提供的集成式智能化IntelliCENTER馬達(dá)控制中心MCC；選用當(dāng)前先進(jìn)邏輯控制模塊，具有遠(yuǎn)程控制、診斷功能，方便全球?qū)＜覍ο到y(tǒng)維護(hù)及搶修；所有運動部件都可實現(xiàn)數(shù)字控制，達(dá)到快速、準(zhǔn)確、穩(wěn)定的效果。是目前國內(nèi)唯一一條整個生產(chǎn)過程均由電腦進(jìn)行全程監(jiān)控的GCL生產(chǎn)線，最大限度的降低人為因素而導(dǎo)致可能的失誤。

　　整條生產(chǎn)線(見圖1)包括放卷設(shè)備、撒土設(shè)備、針刺機(jī)、切邊設(shè)備、收卷設(shè)備等等?？刂葡到y(tǒng)大量使用了羅克韋爾公司的PowerFlex70系列變頻器，用于生產(chǎn)工藝中所需變頻調(diào)速的電動機(jī)。該類型變頻器具有Device Net通訊功能，大大方便了整個控制系統(tǒng)的通訊和保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性。生產(chǎn)工藝主要為：首先，放卷設(shè)備將無紡布和編織布放卷；其次，送料系統(tǒng)將膨

圖1 膨潤土防水毯生產(chǎn)線

　　潤土送到撒土設(shè)備；然后，撒土設(shè)備將膨潤土均勻撒在編織布上以后覆蓋無紡布再經(jīng)過針刺機(jī)以不同頻率進(jìn)行針刺，切邊設(shè)備再將其左右兩邊進(jìn)行修整，使產(chǎn)品更加整齊美觀；最后，由長度測量系統(tǒng)控制每一卷長度，切斷后收卷、包裝即完成了一卷膨潤土防水毯的生產(chǎn)。其中，熱熔膠機(jī)只在生產(chǎn)帶膜產(chǎn)品時投入使用。

3 系統(tǒng)構(gòu)成及配置

　　(1) 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

　　整個控制系統(tǒng)分中央控制室在線計算機(jī)和遠(yuǎn)程監(jiān)控室（生產(chǎn)辦公室）計算機(jī)與ControlLogix5000（控制GCL生產(chǎn)線）和SLC500（控制熱熔膠機(jī)）組成一個整條生產(chǎn)線的局域網(wǎng)，然后通過無線發(fā)射接收裝置與公司服務(wù)器連接實現(xiàn)Internet遠(yuǎn)程監(jiān)控功能。

　　該系統(tǒng)中ControlLogix5000通過Device Net網(wǎng)絡(luò)與生產(chǎn)線中監(jiān)控各個電動機(jī)的E3系列熱繼電器及變頻器通信，實現(xiàn)控制電動機(jī)啟動、停止及速度給定并采集各個電動機(jī)工作的電流和故障信息。

　　SLC500在控制熱熔膠機(jī)時，亦通過Device Net網(wǎng)絡(luò)控制兩臺變頻器以達(dá)到兩臺膠泵轉(zhuǎn)速的連續(xù)可調(diào)，并且通過固態(tài)繼電器控制加熱器使溫度保持恒定。

　　ControlLogix5000和SLC500之間通信充分利用了SLC500 CPU模塊自帶的DH+網(wǎng)絡(luò)接口與ControlLogix5000中的DH+網(wǎng)絡(luò)通信模塊1756-DHRIO連接構(gòu)成了DH+網(wǎng)絡(luò)以實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。

　　(2)具體配置

　　兩臺裝有RSView32遠(yuǎn)程監(jiān)控軟件的高性能PIII作為上位機(jī)，分別放置于生產(chǎn)線（用于現(xiàn)場工藝控制）和辦公室（用于遠(yuǎn)程監(jiān)控）

　　·GCL系統(tǒng)

　　電源模塊1塊、CPU（1756-L55）、數(shù)字量直流輸入模塊（1756-IB16）5塊、數(shù)字量交流輸出模塊（1756-OA16）2塊、模擬量I/O模塊（1756-IF4FxOF2F）1塊、高速計數(shù)器模塊（1756-HSC）1塊、Device Net網(wǎng)絡(luò)通信模塊（1756-DNB）1塊、DH+網(wǎng)絡(luò)通信模塊（1756-DHRIO）1塊、EtherNet/IP網(wǎng)絡(luò)通信模塊（1756-ENBT）1塊。

　　·熱熔膠機(jī)系統(tǒng)

　　電源模塊1塊、CPU（1747-L542C）、Device Net網(wǎng)絡(luò)通信模塊（1747-SDN）1塊、RTD熱電阻輸入模塊（1746-NR8）3塊及（1746-NR4）1塊、組合式輸入/輸出模塊（1746-IO12）1塊、直流輸出模塊（1746-OB32）1塊。

4 軟件設(shè)計

　　(1) PLC軟件設(shè)計

　　控制程序軟件分別使用上位機(jī)軟件RSView32及RSLogix5000（ControlLogix5000 PLC）和RSLogix500 English（SLC 500），操作系統(tǒng)為Microsoft Windows XP。這里主要介紹一下GCL生產(chǎn)線PLC的程序。RSLogix5000編程軟件的樹型程序結(jié)構(gòu)，易于創(chuàng)建管理任務(wù)程序和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，使程序更具人性化，可讀性強。

　　其中，我們將整條生產(chǎn)線程序命名為Controler Suzhou_GCL，然后將我們在程序中要使用的變量，以及PLC輸入和輸出點在控制器變量Controller Tags里定義，為了方便記憶，我們可以根據(jù)現(xiàn)實中的功能定義為別名（Alias Name），如產(chǎn)品實時長度我們可以定義為Current_Length。在控制器故障處理Controller Fault Handler中，我們要編寫程序?qū)刂破鞴收蠒r，PLC需做出的動作。同樣，在電源出現(xiàn)異常時，PLC需做出的動作也需要在上電處理Power-Up Handler中編程。

圖2 控制程序軟件

圖3　生產(chǎn)工藝流程

　　在編制此程序時，根據(jù)生產(chǎn)工藝流程(見圖3)在任務(wù)Tasks下建立了GCL生產(chǎn)線主工藝Bentomat、送料Feed等周期性任務(wù)與主任務(wù)Main Task共同完成整條生產(chǎn)線的自動控制。在主 任務(wù)Main Task中編寫生產(chǎn)線啟動、停止和子程序調(diào)用指令。然后我們按生產(chǎn)工藝流程將各種電動機(jī)分類到周期性任務(wù)里，在每一個周期性任務(wù)中細(xì)化程序。如在圖2中，首先在GCL生產(chǎn)線主工藝Bentomat中建立順序控制程序Seq_Bentomat；然后，編寫此任務(wù)中所有電動機(jī)程序（控制及各種信息），包括兩個無紡布放卷電動機(jī)M07_NU1和M08_NU2；兩個切邊電動機(jī)M06_ETrim1和M11_ETrim2；撒土電動機(jī)M42_HFRoll；加緊產(chǎn)品電動機(jī)M12_Lam；擺動桿驅(qū)動電動機(jī)M23_LGNM；加速滾筒驅(qū)動電動機(jī)M41_Acc；切斷刀片驅(qū)動電動機(jī)M30_BCut；切斷刀橫向行使驅(qū)動電動機(jī)M31_BCCut；提升滾筒驅(qū)動電動機(jī)M35_DRUp；收卷電動機(jī)M34_WRoll。每臺電動機(jī)分別包括變頻器通 訊程序FVNR、報警程序Alarms、控制程序Control、電動機(jī)運行時間統(tǒng)計程序Hourmeter等等，這樣使得程序系統(tǒng)性、可讀性大大增強，方便程序變更和改進(jìn)。例如，圖4中為2噸行車電動機(jī)編制控制程序，因為它是送料設(shè)備，我們將其分類到周期性任務(wù)Feed中，命名為M02_2THoist，并在其中建立其功能程序和梯形圖程序。

圖4　2噸行車電動機(jī)編制控制程序

　　在GCL生產(chǎn)線中，要保證整條生產(chǎn)線有條不紊、可靠的工作，線速度的配合和順序控制是系統(tǒng)設(shè)計的關(guān)鍵。與針刺機(jī)相關(guān)的輔助設(shè)備基本上都參與針刺機(jī)主電動機(jī)的聯(lián)鎖（因為送料系統(tǒng)有中間儲存設(shè)備，并不影響產(chǎn)品實時生產(chǎn)，故無直接聯(lián)鎖，以增加設(shè)備的開機(jī)時間，提高生產(chǎn)效率），包括針刺機(jī)曲軸箱油泵潤滑系統(tǒng)、撒土系統(tǒng)、收卷系統(tǒng)等。生產(chǎn)線運行過程中，在裝有RSView32軟件的監(jiān)控計算機(jī)上可以更改每臺電動機(jī)的手動和自動控制模式，并且可以讀取該電動機(jī)的工作實時電流，如圖5。當(dāng)任何一臺電動機(jī)出現(xiàn)故障，計算機(jī)上將會出現(xiàn)故障報警信息，并根據(jù)對產(chǎn)品質(zhì)量的影響程度作出是否停止整條生產(chǎn)線的動作。維修人員將根據(jù)顯示的故障信息及時排除故障，使故障的影響最小化，最大程度上增加開機(jī)時間。但是當(dāng)現(xiàn)場產(chǎn)生報警停機(jī)時，在操作員確認(rèn)并復(fù)位之前，將不能啟動生產(chǎn)線。

圖5　讀取電動機(jī)的工作實時電流

　　另外，線速度配合是本條生產(chǎn)線的一個相當(dāng)重要指標(biāo)，主要表現(xiàn)在收卷加速滾筒驅(qū)動電動機(jī)A和針刺機(jī)出口滾筒驅(qū)動電動機(jī)B轉(zhuǎn)速的配合。當(dāng)A轉(zhuǎn)速快于B，會造成驅(qū)動B的LG變頻器因為過壓（OV）而報警；當(dāng)A轉(zhuǎn)速慢于B，會造成產(chǎn)品堆積纏繞進(jìn)滾筒，甚至拉斷。因此，在程序設(shè)計中，我們采用了閉環(huán)PID控制，根據(jù)A反饋的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換成線速度，與B的當(dāng)前轉(zhuǎn)速對應(yīng)的線速度在PLC程序內(nèi)進(jìn)行比較，然后PLC根據(jù)比較結(jié)果發(fā)出模擬信號給驅(qū)動A的變頻器，使其轉(zhuǎn)速做出相應(yīng)變化以達(dá)到線速度的統(tǒng)一。

　　(2)RSView32軟件設(shè)計

　　畫面顯示功能：為了使整條生產(chǎn)線一目了然，在操作畫面中以主要生產(chǎn)工藝環(huán)節(jié)為基礎(chǔ)，用簡潔明了的線條組合，生成監(jiān)控畫面。另外可以靈活使用RSView32軟件中Library(位于Graphics目錄下) 的各種常用圖形，不僅減少工作量，同時還增加了監(jiān)控畫面的美感。

　　(3)報警畫面

　　當(dāng)前報警使用RSView32軟件的Alarm Bar功能，實時監(jiān)控現(xiàn)場設(shè)備的運轉(zhuǎn)情況，一旦出現(xiàn)故障，動態(tài)顯示報警信息，使操作員第一時間得到信息以便采取措施。為了方便維修工檢修和故障統(tǒng)計，運用RSView32軟件的Alarm Summary功能，就可以輕松實現(xiàn)。

　　(4)組態(tài)畫面

　　在主畫面中，使用RSView32軟件的按鈕功能，將各個需要監(jiān)控的畫面分別對應(yīng)到相應(yīng)的標(biāo)題按鈕，在各個子畫面中，在分別設(shè)置一個返回和各個畫面的切換按鈕，使頁面轉(zhuǎn)換變的簡單易行。

　　充分發(fā)揮RSView32軟件的標(biāo)簽占位符（Tag Placeholders）和參數(shù)（Parameters）功能，兩者完美的配合，用最少的畫面達(dá)到更多的監(jiān)控功能，讓程序設(shè)計者大大降低了勞動強度，達(dá)到了事半功倍的效果。由于GCL生產(chǎn)線中大量使用了電動機(jī)，并且每臺電動機(jī)的操作（包括手動、自動選擇；開、停機(jī)選擇；正、反轉(zhuǎn)向選擇；復(fù)位和確認(rèn)等）和顯示（包括故障報警、電動機(jī)實時電流、狀態(tài)）功能基本相同（見圖5）。因此，為了更方便組態(tài)和程序的管理，我們依舊采用和PLC編程相似的處理方法，將各種標(biāo)簽（tags）分門別類，根據(jù)生產(chǎn)工藝自定義一些文件夾和變量名。這樣，我們只需要做一個畫面，來監(jiān)控不同電動機(jī)。

圖6　監(jiān)控不同電動機(jī)　

　　在組態(tài)畫面中，我們有兩種選擇：

　　·使用參數(shù)文件（Parameter File）

　　Display <畫面名稱> /P<參數(shù)文件名>

　　·變量名列表（Listing tag names）

　　Display <畫面名稱> /T<變量名>，<變量名>

　　在程序設(shè)計中，GCL生產(chǎn)線組態(tài)使用了第2種。例如：我們要對灰塵控制室旋轉(zhuǎn)給料電動機(jī)進(jìn)行監(jiān)控，我們只需在生產(chǎn)工藝畫面中單擊相應(yīng)電動機(jī)圖標(biāo)，打開灰塵控制室旋轉(zhuǎn)給料電動機(jī)的監(jiān)控畫面。其按鈕對應(yīng)命令為：

　　Display Motor_Pop_UpA /TFeed\M01_BHRFeed

5結(jié)束語

　　該自控系統(tǒng)集中體現(xiàn)了美國羅克韋爾自動化公司的PLC控制技術(shù)、畫面監(jiān)控技術(shù)、Device Net網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)以及變頻調(diào)速技術(shù)的優(yōu)勢，使整條自動化生產(chǎn)線的控制系統(tǒng)設(shè)計、調(diào)試時間大大縮短。在系統(tǒng)運行初期，該系統(tǒng)可由美國CETCO總部工程專家遠(yuǎn)程監(jiān)控，當(dāng)生產(chǎn)工藝發(fā)生改變，專家們可以遠(yuǎn)程變更和改進(jìn)程序，大大方便了解決現(xiàn)場問題的能力，使我們深深感受到Internet和自動化技術(shù)給我們帶來得好處。

參考文獻(xiàn)

[1] Logix5000 Standard Procedures Guide

[2] RSView32 Software, Version 6.3 Procedures Guide

[3] SLC500模塊化硬件結(jié)構(gòu)安裝和操作手冊

作者簡介

王帥（1979- ）男 2002年畢業(yè)于哈爾濱理工大學(xué)自動控制專業(yè)，大學(xué)本科，曾從事中央空調(diào)自動控制系統(tǒng)設(shè)計、調(diào)試，參與了煙臺冰輪股份有限公司第一座氟工質(zhì)自動化冷庫設(shè)計和調(diào)試?，F(xiàn)負(fù)責(zé)捷高科技（蘇州）有限公司生產(chǎn)線設(shè)備管理及自控系統(tǒng)改進(jìn)。

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