羅克韋爾集成自動(dòng)化在食品行業(yè)的應(yīng)用

食品加工是個(gè)多區(qū)域、多工藝協(xié)調(diào)運(yùn)作的復(fù)雜控制過(guò)程。因?yàn)樽罱K產(chǎn)品和人體健康密切相關(guān)，所以對(duì)控制系統(tǒng)的精度、可靠性和實(shí)時(shí)性都提出了很高的要求。本文介紹了某企業(yè)在對(duì)生產(chǎn)線進(jìn)行改造時(shí)，成功地將羅克韋爾自動(dòng)化A-B品牌控制產(chǎn)品的設(shè)備層、控制層、信息層網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用到整個(gè)生產(chǎn)的自動(dòng)化管理，大規(guī)模應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，并取得了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。

2008年，東北地區(qū)某食品廠進(jìn)行生產(chǎn)線擴(kuò)建改造。該廠原來(lái)曾采用了眾多的PLC-5系列產(chǎn)品，并通過(guò)RIO連接在一起。此次改造，該廠生產(chǎn)能力將擴(kuò)大一半以上，改造過(guò)程涉及到原有控制系統(tǒng)的升級(jí)、替換和刪除。整個(gè)工程中最關(guān)鍵的問(wèn)題，是如何在不停產(chǎn)的基礎(chǔ)上，將原有功能和原有現(xiàn)場(chǎng)I／O設(shè)備的控制完整切換到新系統(tǒng)上。其次，是該如何采用一個(gè)更為合理，更為先進(jìn)、更為可靠的方案，以適應(yīng)變頻器、智能化儀表等設(shè)備在工程上的大量應(yīng)用。

該工程選用了controlLogix系統(tǒng)，通過(guò)其強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)功能，包括EtherNet、ControlNet~NDeviceNet等，成功地實(shí)現(xiàn)了不停產(chǎn)切換和擴(kuò)建改造?？⒐ず蟮南到y(tǒng)信息層采用快速以太網(wǎng)為紐帶，實(shí)現(xiàn)了工控信息的發(fā)布和共享；控制層則以ControlNet為骨干，有效地規(guī)劃了系統(tǒng)負(fù)荷，使網(wǎng)絡(luò)更快速更安全；設(shè)備層選用了DeviceNet，不僅大大節(jié)省了用戶投資和現(xiàn)場(chǎng)工作量，還使得信息更壘面，實(shí)現(xiàn)了更靈活、更智能化的控制。

1、羅克韋爾NetLinx網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)概述

羅克韋爾NetLinx網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)將DeviceNet網(wǎng)絡(luò)，ControINet網(wǎng)絡(luò)與新一代Ethernet／IP網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了整合，在各個(gè)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用層都采用了統(tǒng)一的通用工業(yè)協(xié)議，從而實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)之間信息路由和無(wú)縫連接。與其它品牌自動(dòng)化產(chǎn)品相比，羅克韋爾自動(dòng)化A-B強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)通訊功能是一大顯著優(yōu)勢(shì)。NetLinx開(kāi)放式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)包含了信息層、控制層和設(shè)備層三層網(wǎng)絡(luò)，在該網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)體系下，羅克韋爾自動(dòng)化的Loaix，qZ臺(tái)為用戶提供了不同格式下控制的兼容性。

2、信息層以太網(wǎng)(Ethemet)

以太網(wǎng)技術(shù)在近十幾年來(lái)發(fā)展得非常迅速。由于其應(yīng)用的廣泛性和技術(shù)的先進(jìn)性，不僅壟斷了商用計(jì)算機(jī)的通信領(lǐng)域和過(guò)程控制領(lǐng)域中上層的信息管理與通信，而且在工業(yè)控制領(lǐng)域也得到了大規(guī)模的應(yīng)用，并且也是今后工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的趨勢(shì)。EtherNet工業(yè)協(xié)議(EtherNet／IP)是一個(gè)開(kāi)放式工業(yè)網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)，采用IEEE 802.3物理介質(zhì)及數(shù)據(jù)鏈路標(biāo)準(zhǔn)，提供了實(shí)時(shí)I／O消息和對(duì)等信息通訊。典型情況下，EtherNet／IP網(wǎng)絡(luò)采用有源星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，設(shè)備組按點(diǎn)對(duì)點(diǎn)方式連接到交換機(jī)。交換機(jī)提供虛擬連接，有助于控制網(wǎng)絡(luò)碰撞并減少網(wǎng)絡(luò)堵塞。羅克韋爾自動(dòng)化產(chǎn)品中，PLC-5系列和SLC500系列及ControlLogix產(chǎn)品都提供了以太網(wǎng)接口。

3、控制層ControlNel

ControlNet是90年代以后開(kāi)發(fā)和應(yīng)用的自動(dòng)化及控制網(wǎng)絡(luò)，一種用于對(duì)信息傳送有時(shí)間苛刻要求的、高速確定性網(wǎng)絡(luò)，采用生產(chǎn)者／消費(fèi)者(Producer／Consumer)模型，支持對(duì)等(點(diǎn)對(duì)點(diǎn))、多主和主從通訊方式，或三者的任意組合。高吞吐量5Mb／s的數(shù)據(jù)傳送率用于改善I／0、控制器互鎖以及對(duì)等通信報(bào)文傳送的性能。其最主要的特點(diǎn)是：更強(qiáng)的系統(tǒng)功能；更高的效率，因?yàn)閿?shù)據(jù)的發(fā)送與客戶的數(shù)量無(wú)關(guān)；精確的同步化，因?yàn)閿?shù)據(jù)同時(shí)到達(dá)每個(gè)節(jié)點(diǎn)。ControlNet特別適用于要求有較高的確定性、需要傳送大量模擬量數(shù)據(jù)的過(guò)程控制場(chǎng)合

4、設(shè)備層DeviceNet

DeviceNet是一個(gè)開(kāi)放的網(wǎng)絡(luò)，可以將底層的設(shè)備直接與車(chē)間級(jí)控制器相連，如：限位開(kāi)關(guān)、光電傳感器、變頻器、電力監(jiān)控模塊及觸摸屏等，而無(wú)需通過(guò)硬線將它們與I／O模塊連接。這種連接極大的改進(jìn)了設(shè)備間的通訊功能，并可提供診斷、預(yù)測(cè)故障等功能

通訊網(wǎng)絡(luò)的重新架構(gòu)是本工程的一大特色。以ControlNet為骨干，根據(jù)物理分布和邏輯關(guān)系將原有網(wǎng)絡(luò)拆分為3段網(wǎng)絡(luò)，不同網(wǎng)絡(luò)間傳輸信息通過(guò)ControlLogix的消息指令進(jìn)行。信息層采用了百兆以太網(wǎng)，通過(guò)雙絞線和光纖將新老廠區(qū)及網(wǎng)管中心連接在一起。主要功能有三點(diǎn)：

(1)與人機(jī)界面的通訊，如數(shù)據(jù)采集、實(shí)時(shí)監(jiān)控等。以太網(wǎng)的通用性使人機(jī)界面的擴(kuò)展變得非常簡(jiǎn)單，且無(wú)需使用昂貴的專用插件。同時(shí)，在軟件中可以廣泛利用發(fā)展中的各種計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，系統(tǒng)具有近乎無(wú)限的擴(kuò)展能力。

(2)易于與Internet連接。能實(shí)現(xiàn)辦公自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)與工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)的信息無(wú)縫集成。系統(tǒng)軟件采用Windows XP Server和成熟的關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)管理軟件。通過(guò)MSSQL數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)，軟件將控制系統(tǒng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)轉(zhuǎn)化到MSSQL關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)中，進(jìn)而完成全廠關(guān)鍵設(shè)備參數(shù)、能源材料消耗等信息的統(tǒng)計(jì)，為高效生產(chǎn)、合理調(diào)度及設(shè)備維修更換提供了科學(xué)依據(jù)。Windows XP Server~IIS(Intemet Information Service)功能使全廠的相關(guān)部門(mén)可通過(guò)Web瀏覽器方式瀏覽數(shù)據(jù)庫(kù)信息及檢素?cái)?shù)據(jù)。

(3)工業(yè)以太網(wǎng)也可作為兩廠區(qū)控制網(wǎng)絡(luò)的備用路由。

應(yīng)用后效果

系統(tǒng)運(yùn)行一年多來(lái)的實(shí)際結(jié)果表明，羅克韋爾NetLinx網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的應(yīng)用，在安壘生產(chǎn)、節(jié)能降耗等方面發(fā)揮了重要作用，設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)表現(xiàn)出了前所未有的可維護(hù)性和可擴(kuò)展性，產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量均有了穩(wěn)步的提高，新產(chǎn)品也被不斷地開(kāi)發(fā)出來(lái)。更為突出的是，工控系統(tǒng)與信息技術(shù)的結(jié)合，有效地實(shí)現(xiàn)了企業(yè)的進(jìn)銷(xiāo)存規(guī)范化管理，帶來(lái)了巨大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。