ControlLogix系统大连天元精细化工有限公司的应用

　 近年来，随着自动化控制技术、计算机技术、通信、网络等技术的发展，信息交互沟通的领域正迅速覆盖从工厂的现场设备层到控制、管理各个层次。因此越来越多的工厂自动化系统采用设备总线、分布式控制、集中信息管理的系统结构。这种结构极大的降低了工程投资，有效的增强了系统的开发性，可维护性，缩短了设计开发周期。从而获得了广泛的应用，Allen-Bradley的ControlLogix系统就是顺应这种发展方向开发的高科技产品，它提供的处理器规格齐全，配套的功能模块及工具软件功能强大，适用于中到大型系统的各种应用。

　　大连天元精细化工PVC有限公司复合.填充.增强剂生产线是国内首家建设的大型PVC复合.填充.增强剂生产线，工厂总投资4000万人民币，设计年产量8万吨。该厂的PVC生产线采用的自动化控制系统就是Allen-Bradley ControlLogix系统、ControlNet、DeviceNet、Flex I/O、Remote I/O (RIO) 等新技术的具体应用。该系统集程序控制、过程控制及工况监视为一体，实现了全车间工艺线的计算机监视与控制。

　　罗克韦尔自动化系统集成商大连华冶联自动化有限公司为该生产线提供了工程设计、系统集成、编程调试。

　　一．系统功能

　　1、生产线流程图画面显示；

　　2、数据采集，实时数据显示，越限设定；

　　3、历史趋势图；

　　4、事故报警及报表打印功能；

　　5、电机和成套装置的控制，包括：逆序启动，顺序停车，设备联锁；

　　6、软启动器和变频的状态显示和控制,电流、频率显示，速度给定；

　　7、称重值显示和控制；

　　8、料表参数输入；

　　9、重量控制、料流控制；

　　二．工艺流程及系统组成

　　该系统包括倒料, 预混，雾化，研磨，反应，干燥，分级，成品包装8个单元组成。主体设备包含：罗茨风机、锥混机、雾化喷射室、反应釜、震动磨、分级机、干燥机、高混机、布袋除尘器、斗式提升机、螺旋给料机、除铁器、气动阀、电动阀等。

　　原料由原料仓通过罗茨风机风送到预混单元料仓，在预混单元用原料和小料按一定配比混合，由高混机加热反应，生成附料，再和原料按一定配比进入锥混机混合，混合结束后，根据工艺需要喷射一定量液体进行反应，反应结束后输送到雾化单元定量称，雾化单元由变频调速星型卸料器，按一定下料速度进入细粉机，由细粉机形成所需颗粒度进入雾化室混合。混合结束后物料由螺旋定量给料机定量输送到研磨单元。研磨形成所需更微小颗粒，研磨单元进料和出料可同时进行。研磨结束后物料进入反应单元，螺旋定量给料机采用变频控制，计算设定重量与实际重量的偏差，按照速度图调整转速实现对计量罐精确给料。配料结束后将物料输送至其对应的高速加热混合机混合。高混机工作周期产生的废气经气阀分离、冷凝、回收后经引风机放散。气固分离由旋风集料器和布袋除尘器将废气中的固体颗粒过滤下来，再经冷凝器将气化的化学物回收。反应结束后物料输送至干燥单元。干燥机的各部分夹套及空心轴通入导热油，干燥机主机对物料进行干燥。在干燥时间、系统温度、压力、及真空系统流量接近于规定量值后干燥周期结束。物料输送至分级单元通过分级机对物料颗粒进行筛分，分级机采用变频控制。物料颗粒筛分后输送至包装单元，完成成品包装。

　　PVC复合.填充.增强剂生产线PLC控制系统由一条主干线ControlNet高速网络、一套冗余热备过程控制站、设备网网络（DeviceNet）、远程I/O (Remote I/O)、FLEX I/O、两个操作员工作站，一个工程师工作站及各种软件包组成。为保证系统通讯的可靠性，本系统配置中ControlNet网采用双网冗余。

　　系统由数据采集、基础控制和监控管理系统组成。其自动化网络配置如图所示

　　1) 过程控制站

　　控制站设备是由Allen-Bradley的 ControlLogix5555控制器、输入输出模块、通讯接口模块、DHRIO模块、DeviceNet模块、Flex I/O适配器及输入输出模块组成。其主要任务是进行过程数据采集及处理；根据控制程序来实施实时的过程量的控制；进行设备监视和系统的测试与诊断。

　　ControlLogix5555处理器是Allen-Bradley最新一代控制器。与传统的控制器不同，ControlLogix在其内核（背板）设计中具有通讯能力，原来制约系统通讯的瓶颈得以消除。

　　处理器采用的Logix5555，是32位总线控制器。其控制能力可达168000个数字量、4000个模拟量，不仅能组态控制本地框架输入输出模块，还能组态控制网络上其他远程框架的输入输出模块。

　　与传统PLC不同，ControlLogix背板设计中就有了通信能力，从而大大提高了系统的通信性能。多任务控制模式使回路调节的实时性更强，I/O通讯速度更快。

　　PVC复合.填充.增强剂生产线控制系统采用2台ControlLogix5555控制器组成冗余热备,系统上电时2台控制器竟争成为主控制器，当主控制器故障时通过1756-SRM冗余模块立即自动切换到备用的控制器。

　　2）现场总线（DeviceNet）

　　DeviceNet是Rockwell AB开发的基于CANBUS技术的一种现场总线，用于实现低成本、高性能的设备层网络互连，是国际标准总线，也是国标总线。

　　DeviceNet用于现场设备与控制系统之间的通讯网络，传输速率为125～500Kbps，传输最大距离500m，最多节点数为63个，允许在线组态和带电插拔。

　　DeviceNet支持主从、多主和对等通信，用户的应用程序和数据可以通过DeviceNet实现设备的有效控制。

　　DeviceNet使用RSNetworx软件进行网络管理和组态。可以任选几种专门定义的组态、打印数据表格、参数对象程序和电子表格等。

　　DeviceNet网络结构简单，实时性强，通信模式先进，支持多种通信协议，可根据应用需求动态或静态分配标识符，在线增减节点，即插即用，是一种理想的设备层现场总线网络。

　　PVC复合.填充.增强剂生产线控制系统对重要单体设备如高速混合加热机,锥混机,罗茨风机,研磨机,干燥机采用SCHNEIDER公司ATS48系列软启动器实现设备的软启动和软停车,对于精确定量控制采用ABB公司ACS400系列变频器。

　　软启动器和变频器通过DeviceNet现场总线和ControlLogix5555控制器通讯,通过DeviceNet协议，每个DeviceNet适配器占用三个控制字和状态字，实现启停控制，速度给定，状态监测，频率和电流显示及联锁控制。

3）控制总线 （ControlNet）

　　ControlNet网是一个开放的高速确定性网络，它用于传输对时间有苛刻要求的信息传输。通信速率可达5Mbps，用于改善I/O、控制器互锁以及对等通信报文传送的性能。提供实时的控制和对等的通讯服务。

　　ControlNet对于离散和连续过程控制应用均具有确定性和可重复性功能，用户可自行设定网络交换时间，达毫秒级，从而大大改善了网络控制的实时性和快速性。

　　采用生产者/客户（Producer/Consumer）方式，将传统网络针对不同站点需多次发送改为一次发送多点共享，减小了网络发送次数，从而使网络实时、高效。

　　ControlNet网络的配置特点是，无论CPU框架还是远程扩展框架均由通讯模块（CNBR）挂在ControlNet网络上，然后由软件进行管理模块的归属，从而使网络的扩展和走线十分灵活。系统还可以用以太网通讯模块作网桥，实现与工厂以太网的连接，真正实现系统的管控一体化。

　　4） 远程I/O (Remote I/O)

　　托利多（METTLER TOLEDO）称重仪表能达到1/1000的称量精度,可实现物料精确定量控制,其1600系列支持AB的RIO网络，通过DHRIO模块和ControlLogix5555控制器通讯。

　　每个RIO适配器占用1/4机架（2个I/O组），100ms内控制器和称重仪表同步，对于重量控制精度可达到零误差。

　　5） Flex I/O

　　控制网Flex I/O适配器，使用户能将Flex I/O系统连接到控制网网络上。

　　总有8种Flex I/O模块，能够连接到一个控制网Flex I/O适配器上。每个适配器可连接多达128点离散I/O（或64个模拟通道）到控制网网络。

　　通过网络存取端口（NAP），可以访问本地通信网络。

　　I/O数据连接能够划分模块或模块组。对于不同的生产率，每个连接能够预定。

　　多个处理器和终端能够共享模块输入数据。

　　适配器微控制器程序是可全部闪速（FLASH）升级版本，可通过控制网进行，容易存取新的功能。

　　支持冗余介质（1794-ACNR15）

　　特点：低成本I/O系统，独立的部件使用户混合和匹配I/O类型和端接形式。网络和I/O均有诊断状态指示器。可带电插入和卸下模块。小巧紧凑设计成水平或垂直安装以节省空间。

　　PVC复合.填充.增强剂生产线控制系统倒料，预混，雾化，研磨，反应，干燥，分级，成品包装8个单元均采用Flex I/O适配器及模块进行控制和信号采集,采用冗余介质,保证通讯系统可靠性。

　　6）操作员工作站

　　操作员工作站是对生产线工况进行监视、控制及操作的人机接口，主要完成数据、图形、状态的显示、历史趋势图、历史数据的存档、故障报警、故障状态显示、故障记录打印、定时报表打印以及工艺设备选择、马达成组启动、停车、急停、复位和数值给定等控制操作。系统设两套工作站包括DELL上位计算机两台，主频2.4GHZ P4处理器，256MB内存，80GB硬盘，21寸高分辨率彩色纯平显示器。内置ControlNet网络适配器。一台工厂报表打印机。

　　7）工程师工作站

　　系统在ControlNet网络上配置一台工程师工作站。工程师工作站是用来开发、编制操作员工作站的应用软件，规划和管理控制网络。系统工程师工作站配有一台打印机。

　　8）监控组态软件RSVIEW 32

　　RSVIEW 32是Rockwell Automation 软件产品中用于数据采集、监控和信息管理的一个工业监控软件包，它以RSLinx作为与控制系统进行通讯的驱动软件，RSVIEW 32具有对网络进行实时监控，模拟工艺流程，以及报警，历史趋势和报表等功能。同时它以业界流行的微软Visual Basic for applications(VBA)作为内置编程语言，可以最大限度地实现对RSVIEW 32项目的扩展和自定义。支持OPC标准，可以快速、方便地与众多生产制造商的硬件设备实现可靠的通讯，同时还可以作为OPC服务器向其它OPC客户端提供服务。它与微软产品实现数据共享。RSVIEW 32的标签配置、报警配置和数据记录都与ODBC完全兼容，能最大限度的提高生产率。

　　三．结束语

　　如上所述，Rockwell Automation开发的ControlLogix系列自动化控制系统从上位到下位、从硬件到软件，在设计和使用中可以做到灵活多变，其强大的网络通讯能力，无缝连接能力、高速数据传输、可组态性、工业化、集成化以及其紧凑的结构等诸多特点，能满足用户的各种要求。其先进的网络通讯技术、丰富的通讯接口模件，独特的背板结构、适中的价格及ControlLogix网关的专用硬件平台，使得ControlLogix系列计算机控制系统配置非常灵活简便，既可以配置成小到一个独立的处理器和框架内的I/O模块组成，又可以配置成大到与各种网络链路连接，应用场合不受限制。非常适用于控制比较分散且空间狭小的地方，是分布式处理，分布式I/O控制系统的理想选择。ControlLogix系统具有很强的抗干扰能力，适合化工车间强磁干扰、高腐蚀环境，运行安全、可靠。