畢鑫 （哈爾濱海威電子工程有限公司，150090）

　　摘要：乳品加工是個多區域、多工藝協調運作的控製過程。該工程成功地將A-B設備層
、控製層、信息層網絡應用到從過程控製到信息處理整個生產的自動化管理

，充分體現了A-B現場總線係統的智能性


、gaoxiaoxinghelinghuoxing，duitigaokehuchanpinzhiliangjijingjixiaoyiqilejudadezuoyong。bengongchengzhongxianchangzongxianjishudedaguimoyingyong
，duiqitaxingyeshengchanguochengkongzhideshejijikaifajuyouyidingdecankaohejiejianzuoyong。

　　關鍵詞：現場總線 乳品加工 羅克韋爾自動化

　　工程背景：2002年，東北地區某乳品廠進行生產線擴建改造。該廠原來曾采用了眾多的PLC-5和SLC500係列產品
，並通過DH+連接在一起。此次改造，該廠生產能力將擴大一半以上，改造過程涉及到原有控製係統的升級、替換和刪除。

　　鮮奶不易保存，所以整個工程中最關鍵的是，如何在不停產的基礎上
，將原有功能和原有現場I/O設備的控製完整切換到新係統上。其次

，我們該如何采用一個更為合理、更為先進
、更為可靠的方案以適應變頻器、智能化儀表等設備在工程上的大量應用。

　　我們選用了ControlLogix係統，通過其強大的網絡功能
，包括EtherNet、ControlNet和DH+等
，成功實現了不停產切換和擴建改造。竣工後的係統信息層以快速以太網為紐帶

，實現了工控信息的發布和共享；控製層以ControlNet為骨幹
，兼容DH+，有效地規劃了係統負荷，使網絡更快速更安全；設備層選用了RIO和DeviceNet，不僅大大節省了用戶投資和現場工作量
，還使得信息更全麵
，實現了更靈活、更智能化的控製。

　　一
、概述：

　　乳品加工是一個複雜的多工藝協調控製係統，它包括產品製造係統：奶源
、淨乳
、配方、濃縮、幹燥、幹混


、包裝；服務係統
，如：蒸汽
、熱風、製冷
、清洗；此外還有：淨化水、汙水處理等。因為最終產品和人體健康密切相關
，所以對控製係統的精度、可靠性和實時性都提出了很高的要求。

　　與其它品牌自動化產品相比

，A-B強大的網絡通訊功能是一大顯著優勢。Netlinx開放式網絡結構包含了信息層
、控製層和設備層三層網絡，NetLinx結構把網絡服務、CIP（控製和信息協議）以及開放式軟件接口結合在一起。根據特定的應用需求，用戶可以混合搭配一層、兩層或全部三層網絡
，並可以在網絡間無縫地傳送數據。在該網絡結構體係下，羅克韋爾自動化的Logix平台為用戶提供了不同格式下控製的兼容性。

　　以太網（Ethernet）jishuzaijinshijinianlaifazhandefeichangxunsu。youyuqiyingyongdeguangfanxinghejishudexianjinxing，bujinlongduanleshangyongjisuanjidetongxinlingyuheguochengkongzhilingyuzhongshangcengdexinxiguanliyutongxin
，erqiezaigongyekongzhilingyuyededaoledaguimodeyingyong，bingqieyeshijinhougongyexianchangwangluofazhandequshi。EtherNet工業協議（EtherNet/IP）是一個開放式工業網絡標準，采用IEEE 802.3物理介質及數據鏈路標準
，提供了實時I/O消息和對等信息通訊。典型情況下
，EtherNet/IPwangluocaiyongyouyuanxingxingtuopujiegou，shebeizuandianduidianfangshilianjiedaojiaohuanji。jiaohuanjitigongxunilianjie，youzhuyukongzhiwangluopengzhuangbingjianshaowangluodusai。luokeweierzidonghuachanpinzhong，PLC-5 E係列和SLC5/05係列及ControlLogix產品都提供了以太網接口。

　　DH+（Data Highway Plus）是一種較早投入使用的工業局域網
，可用於PLC、計算機、人機界麵產品等之間進行數據傳送。所有的增強型PLC-5及SLC5/04都有內置的DH+通訊口
，加上DH+使用便宜的網絡介質和最長達3000米的傳輸距離
，它在各行業都得到了廣泛的應用。但是，由於DH+網采用令牌傳送協議，在節點過多時（超過20個）會致使傳輸實時性降低
，在此情況下，不適合於對安全及連鎖控製實時性要求較高的控製場合。

　　ControlNet是90年代以後開發和應用的自動化及控製網絡
，該網絡集數種網絡的優點於一身，擁有I/O
、PLC互鎖、信息傳輸以及在同一網上編程等功能。它是一種用於對信息傳送有時間苛刻要求的
、高速確定性網絡。同時它允許傳送無時間苛求的報文數據，但不會對有時間苛求的數據傳送造成衝擊。ControlNet采用了生產者/客戶（Producer/Consumer）模式
，這種模式允許網絡上的所有節點，同時從單個的數據源存取相同的數據。其最主要的特點是：更強的係統功能
；更高的效率
，因為數據的發送與客戶的數量無關；精確的同步化
，因為數據同時到達每個節點。

　　DeviceNet是一個開放的網絡
，可以將底層的設備直接與車間級控製器相連，如：限位開關、光電傳感器、變頻器、電力監控模塊及觸摸屏等，而無需通過硬線將它們與I/O模塊連接。這種連接極大的改進了設備間的通訊功能，並可提供診斷、預測故障等功能。

　　二
、實施過程

　　舊係統核心部分是一個PLC-5/80處理器，其RIO接口連接著十餘個Flex I/O節點。切換過程分為三步進行。第一步，在ControlLogix機架上安裝一1756-DHRIO模塊，通道1組態為DH+類型，與PLC-5/80連接
；通道2組態為RIO類型
，並按新舊節點之和進行配置。此機架上處理器被稱為“IOProcessor”。

　　第二步
，在生產線清洗間隙將原有節點移到新網絡上，程序中作如下改動：屏蔽PLC-5/80程序中的通信錯誤告警

；通過DH+網將設備控製文件傳送到IOProcessor進行輸出，執行後設備反饋再傳回PLC-5/80。重複這一步驟

，直到將所有Flex I/O節點全部連接到基於IOProcessor控製的網絡上，此時邏輯與I/O控製已分離
，在新的人機界麵上可以實現所有設備的手動控製。

　　第三步，在稱作“Logic”的ControlLogix處理器上進行功能測試。調試階段，新老處理器執行同樣的操作員指令，新處理器將仿真輸出的結果與老處理器進行比較
、修正。調試通過後，屏蔽老處理器該功能和與IOProcessor的通訊，並將Logic的輸出指令通過背板傳送到IOProcessor中。同時，按生產工藝變動情況補充新代碼。就這樣，在保證生產正常進行的前提下，成功完成了係統的升級換代。

　　在新上的蒸發器和幹燥塔係統中，我們通過帶DeviceNet適配器的Flex I/O實現了限位開關、過程變量等參數的采集和閥門
、電機、變頻器的控製。

　　作為網絡掃描器的1756-DNB它最多可以容納63個節點，輸入輸出容量分別為124
、123個雙字。在網絡配置中，每個1794-ADN占用1個輸入字；開關量模塊（1794-IB16和1794-OB16）分別占用1個輸入或輸出字；模擬量模塊（1794-IE8和1794-OE4）每通路占用1個輸入或輸出字；變頻器通過播碼或軟件設置為3個輸入和輸出雙字，這樣

，處理器可從變頻器上最多采集包括頻率在內的5路參數
，並且其中4路可通過人機界麵進行選擇切換並顯示。

　　Panelview取代了大量的控製按鈕和現場指示儀表
，整個係統極為簡潔和高效。根據電力監控模塊1年來的數據分析

，由於變頻器等設備的大量采用
，新係統生產耗電量較同等規模原係統節省30％以上。

　　調試結束後，我們按照標準配置組態了數個空節點作為備用。在2個月後進行的新維生素和玉米油項目中，都作到了邊生產邊擴建
，最大限度節省了用戶的時間，保證了經濟效益。這也充分體現出DeviceNet高度的靈活性。

　　通訊網絡的重新架構是本工程的一大特色。該廠原有控製係統都采用的是PLC-5或SLC500係列產品，通過DH+網進行連接，網絡負荷重
，通訊速度慢。我們以ControlNet為骨幹

，根據物理分布和邏輯關係將原有網絡拆分為3段DH+網絡
，不同DH+網間傳輸信息通過ControlLogix的消息指令中轉或采用LinkID方式進行。

　　信息層采用了百兆以太網，通過雙絞線和光纖將新老廠區及網管中心連接在一起。主要功能有三：

　　1、與人機界麵的通訊
，如數據采集
、實shi時shi監jian控kong等deng。以yi太tai網wang的de通tong用yong性xing使shi人ren機ji界jie麵mian的de擴kuo展zhan變bian得de非fei常chang簡jian單dan
，且qie無wu需xu使shi用yong昂ang貴gui的de專zhuan用yong插cha件jian。同tong時shi，在zai軟ruan件jian中zhong可ke以yi廣guang泛fan利li用yong發fa展zhan中zhong的de各ge種zhong計ji算suan機ji和he網wang絡luo技ji術shu，係xi統tong具ju有you近jin乎hu無wu限xian的de擴kuo展zhan能neng力li。

　　2

、與網管中心聯網

　　係統軟件采用Windows 2000 Server和成熟的關係數據庫管理軟件。通過MSSQL數據庫結構，軟件將控製係統的實時數據庫轉化到MSSQL關係數據庫中，進而完成全廠關鍵設備參數、能源材料消耗等信息的統計，為高效生產
、合理調度及設備維修更換提供了科學依據。Windows 2000 Server的IIS (Internet Information Service)功能使全廠的相關部門可通過Web瀏覽器方式瀏覽數據庫信息及檢索數據。

　　3、以太網也可作為兩廠區控製網絡的備用路由。

　　三、使用效果

　　係統運行一年多來實際結果表明
，A-B現場總線產品的應用在安全生產、節jie能neng降jiang耗hao等deng方fang麵mian發fa揮hui了le重zhong要yao作zuo用yong
，設she備bei和he網wang絡luo表biao現xian出chu了le前qian所suo未wei有you的de可ke維wei護hu性xing和he可ke擴kuo展zhan性xing，產chan品pin產chan量liang和he質zhi量liang均jun有you了le穩wen定ding的de提ti高gao

，新xin產chan品pin也ye在zai不bu斷duan開kai發fa出chu來lai。更geng為wei突tu出chu的de是shi
，工gong控kong係xi統tong與yu信xin息xi技ji術shu的de結jie合he

，有you效xiao實shi現xian了le企qi業ye的de進jin銷xiao存cun規gui範fan化hua管guan理li，帶dai來lai了le巨ju大da的de經jing濟ji和he社she會hui效xiao益yi。

　　參考文獻：

　　[1] 浙江大學羅克韋爾自動化技術中心. 《可編程控製器係統》.浙江大學出版社
，1999

　　[2] 中國科技論文統計用刊.《控製工程》第九卷

　　[3] Allen-Bradley. Manuals on-Line

　　作者簡介：

　　畢鑫（1974－）
，男

，黑龍江省哈爾濱人，哈爾濱工業大學通信工程專業，大學本科，主要從事工業自動化控製的設計及開發工作。